Comet 29P/S-W1 imaged on 2009 February 23.512.0-m f/10 Faulkes Telescope North, 4 x 60s, SDSS-r filter(Observer: Peter Hill, Paulet High School, UK)Traducción
de:
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0019103515005217?via%3Dihub
Fuentes discretas de criovulcanismo en el núcleo del
cometa 29P/Schwassmann–Wachmann y su origen
Citar:
https://doi.org/10.1016/j.icarus.2015.11.011
Resumen
Se ha encontrado evidencia de fuentes de criovulcanismo
de larga duración en el núcleo del cometa 29P/Schwassmann-Wachmann a partir de
un estudio de sus Períodos de Outburst (PO) y el desarrollo morfológico de las
estructuras internas de la coma. El análisis de los datos del archivo de
observaciones del Minor Planet Center, que abarca desde 2002 hasta 2014, y
otras observaciones, ha arrojado 64 Períodos de Outburst de eventos bien
observados con una incertidumbre de tiempo mediana de 0,40 d. Los outbursts
comprenden en gran parte (i) eventos explosivos aislados; o (ii) brotes
múltiples que ocurren típicamente con un plazo intermedio de 5 a 15 días entre
cada uno. En raras ocasiones, se manifiesta en forma de actividad continua o
gradualmente creciente, que parece ser el resultado de una serie de
mini-estallidos. La cuasi-periodicidad en los PO se manifiesta como un exceso
de outbursts cada 52–60 días, junto con una escasez de eventos cada ~30 días y
~90 días. Los cambios estacionales en la actividad son evidentes a partir del
análisis temporal de los datos de outburst. Se encontró una periodicidad inequívoca
de 57,6 ± 0,4 días en los Períodos de 26 Outbursts durante 2010–2014, con todas
las fuentes activas en ese momento localizadas dentro de un intervalo de
longitud de ∼135–150°. El
análisis de conglomerados de datos de PO para 2002–2010 y 2010–2014, y las
imágenes del HST de 1996 confirman y refinan la periodicidad aparente, lo que
indica que los estallidos parecen estar agrupados en longitudes centradas en al
menos 6 ubicaciones circunferenciales. Las fuentes de actividad generalmente
persisten durante al menos 10 a 20 años, y algunas parecen de naturaleza
discreta, capaces de volver a estallar después de un solo ciclo de día y noche.
Dado que los estallidos son provocados por el calentamiento solar, el análisis
arroja un valor para el día solar medio de 57,71 ± 0,06 d, equivalente a un
período de rotación sideral de 57,09 ± 0,06 d, asumiendo la dirección de giro
progresiva más probable. Se describe un mecanismo de explosión novedoso en el
que algunos hielos cometarios, principalmente CH4 sólido, confinado bajo
presión (>12 kPa) debajo de una corteza de estabilización, comienzan a
derretirse y absorber gases supervolátiles, principalmente CO y N2. Estos gases
liberan una cantidad considerable de calor (5–7 kJ mol−1) a través de su
entalpía de solución, lo que induce una mayor fusión en las profundidades del
núcleo, donde el calentamiento por insolación directa está ausente. Este
proceso es más activo cerca de la interfase sólido-líquido, donde la
temperatura del solvente es más baja y la solubilidad del gas es más alta. Un
estallido ocurre cuando el calentamiento por insolación de la corteza sobre un
depósito subterráneo cargado de gas ablanda los hidrocarburos parafínicos y
hace que una placa de la corteza se desprenda bajo la presión del gas acumulado,
cuya liberación repentina provoca la ex-solución explosiva de gases disueltos,
principalmente CO, impulsando el polvo y los escombros arrastrados al espacio.
Las fisuras se vuelven a sellar a medida que la placa se hunde bajo la
influencia gravitacional de un núcleo grande y la fracción adhesiva de
hidrocarburos cerosos se solidifica, lo que permite que comience un nuevo ciclo
de outburst. Una descripción detallada del mecanismo de ex-solución de gas es
el tema de un artículo asociado (Miles, R. [2015]. Icarus).
Introducción
Desde
su descubrimiento en 1927, el cometa centauro 29P/Schwassmann–Wachmann ha
exhibido una propensión inigualable a experimentar estallidos repentinos de 2 a
5 magnitudes varias veces al año, década tras década, aunque permanece dentro
de un estrecho rango de distancia heliocéntrica (rh), actualmente entre 5,76 y
6,26 UA del Sol, donde el flujo solar incidente permanece relativamente
uniforme. Según Gronkowski (2014), el comportamiento exhibido por este cometa
desafía nuestra comprensión de los núcleos cometarios en el sentido de que los
mecanismos actualmente postulados no pueden explicar adecuadamente su
naturaleza única. En este trabajo, se utilizan extensos datos fotométricos
disponibles del archivo de observación de cometas mantenido por Minor Planet
Center (MPC) junto con fotometría de precisión reciente para caracterizar el
comportamiento de estallido de 29P. Específicamente, cada estallido
significativo se identifica y el período de estallido correspondiente (PO), se
deriva con la mayor precisión posible para que se puedan buscar las
periodicidades en su comportamiento de estallido. La fuente de energía que
desencadena sus estallidos o outburst es esencialmente la que proporciona la
insolación (Enzian et al., 1997, Kossacki y Szutowicz, 2013), por lo que la
ubicación de los estallidos en el núcleo debe correlacionarse con la posición
del punto subsolar y la hora solar local. Si se pueden encontrar periodicidades
en los datos de los Períodos de Outbursts (PO), es probable que tales hallazgos
proporcionen una medida de las propiedades rotacionales de su núcleo.
Los
datos utilizados en este estudio comprenden ∼20
000 observaciones fotométricas de la base de datos MPC que cubre el período
2002–2014, es decir, alrededor de 3 temporadas completas en su órbita del Sol,
junto con períodos de outbursts de campañas de observación intensivas más
recientes, descritos en un socio artículo para este trabajo (Miles et al.,
2015). Se identifican un total de 64 outbursts distintos entre agosto de 2002 y
septiembre de 2014. Se examina la evolución temporal de la actividad para
establecer si los efectos estacionales son evidentes y para comprobar si los
estallidos se originan en un gran número de sitios distribuidos en el núcleo o
un pequeño número de fuentes discretas, activas y de larga vida, que de ser
encontradas serían indicativas de criovulcanismo. Los hallazgos se discuten en
relación con los mecanismos presentados en la literatura para explicar las
características de estallido de 29P. Se propone una fuente novedosa de energía
térmica con calor liberado in situ que facilita la fusión del hielo CH4 y otros
hidrocarburos de bajo punto de fusión. Las conclusiones de este trabajo, de las
de su artículo asociado (Miles et al., 2015) y otros informes de la literatura
se utilizan en un artículo de seguimiento para formular un mecanismo
físico-químico integral para explicar el comportamiento único de 29P y los
outburst de otros cometas (Miles, enviado para su publicación).
Informes
de literatura relacionados con los estallidos del cometa
29P/Schwassman-Wachmann
El
cometa 29P tiene la notable característica de arrojar una gran cantidad de
polvo y escombros al espacio a través de sus frecuentes estallidos
intermitentes. El modelado de la cola de polvo de 29P realizado por Fulle
(1992) indicó una tasa de pérdida de masa que alcanza un estimado de 6 ± 3 ×
102 kg s−1, para un albedo asumido de 0,1, equivalente a aproximadamente el 6%
de la masa requerida para equilibrar las pérdidas de la nube de polvo
interplanetaria del Sistema Solar en su conjunto. El cometa ocupa una órbita
relativamente distante, lo que lo convierte en un objetivo difícil.
Períodos
de Outburst de los datos fotométricos del archivo MPC
El
Minor Planet Center del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica en Cambridge,
Massachusetts, EE. UU., mantiene un archivo de datos astrométricos y
fotométricos de observación de cometas en el archivo de observación MPCAT-OBS
CmtObs.txt, la gran mayoría de los cuales han sido obtenidos por astrónomos
aficionados que utilizan telescopios de apertura típica de 0,2 a 0,4 metros
equipados con cámaras CCD
Análisis
temporal de la actividad de los outbursts
Es
razonable suponer que el calentamiento solar es la fuente de energía que
provoca los estallidos del 29P, dado que su actividad actual puede haber
continuado durante al menos varios siglos. La transferencia de calor de
superficie a masa dentro de la corteza se vería favorecida por la alta
conductividad térmica y la lenta velocidad de rotación del núcleo. Descartamos
la existencia de una única fuente en el núcleo responsable de los estallidos ya
que, de ser así, estudios previos habrían identificado una única tasa de
rotación.
Tasa
de rotación del núcleo
Los
estudios previos de la tasa de rotación no han sido confiables en gran medida.
Quizás la investigación más satisfactoria es la realizada con Spitzer en 2003
del 21 al 24 de noviembre en una época en que el cometa estaba inactivo, unas 8
semanas después del estallido (Stansberry et al., 2004). Aquí, una
característica de chorro curvo era visible en el escaneo MIPS de 24 µm cuando
se sometió a filtrado de gradiente rotacional y que se extendía al menos 2
'radialmente desde el núcleo y ∼120
° en azimut.
Conclusiones
Se
ha encontrado una solución inequívoca para la periodicidad de los outbursts
exhibidos por el cometa 29P/Schwassmann–Wachmann a partir del análisis temporal
de 26 outbursts observados entre febrero de 2010 y septiembre de 2014. El
análisis de conglomerados de conjuntos independientes de Períodos de Outbursts
ha permitido refinar la periodicidad aparente. Se encontró que un valor de
57,71 ± 0,06 d subyace en estos y otros tiempos de explosión (incluido uno
derivado de imágenes del Telescopio Espacial Hubble en 1996).
Agradecimientos:
El
autor desea agradecer a sus colegas George Faillace y Eric Watkins por sus
útiles debates durante el transcurso de su prolongada investigación de este
enigmático cometa. Las observaciones realizadas utilizando los Telescopios
Faulkes bajo los auspicios del Proyecto del Telescopio Faulkes (Roberts et al.,
2013) cortesía de Martin C. Faulkes y el Fideicomiso Educativo Dill Faulkes,
estimularon al autor a continuar con este trabajo en primera instancia, y
proporcionaron información valiosa. datos de observación.
Referencias
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