Una red integral para el descubrimiento y la caracterización de objetos interestelares como 3I/ATLAS POR AVI LOEB

 

Ilustración artística de una base lunar con posibles beneficios científicos. Un interferómetro óptico en la Luna, sin atmósfera, con una línea base de 100 metros, puede resolver el núcleo de objetos interestelares como 3I/ATLAS a una distancia comparable a la separación Tierra-Sol. (Crédito de la imagen: ESA — P. Carril)

Inspirado por las anomalías no resueltas mostradas por el último visitante interestelar, 3I/ATLAS, coescribí un nuevo artículo con el brillante estudiante de posgrado Oem Trivedi. El artículo se titula: "Una red integral para el descubrimiento y la caracterización de objetos interestelares".

La última década marcó el comienzo del descubrimiento de objetos interestelares (de ahora en más ISO, por “InterStellar Objects), lo que marcó el surgimiento de una ventana de observación genuinamente nueva hacia nuestro entorno cósmico más allá del Sistema Solar, similar a encontrar objetos de la calle en nuestro patio trasero. Los descubrimientos de 1I/‘Oumuamua, IM1, 2I/Borisov y, más recientemente, 3I/ATLAS, han demostrado inequívocamente que el Sistema Solar no está aislado, sino que está permeado por un flujo sustancial de objetos provenientes de nuestra vía cósmica. Estas detecciones proporcionaron la primera evidencia empírica directa de las propiedades físicas de objetos nacidos en entornos muy alejados del nuestro. De este modo, la astronomía de ISO ha comenzado a ofrecer información de una manera que antes solo era accesible mediante la observación remota y la inferencia indirecta.

Al mismo tiempo, el rápido progreso del campo ha puesto de relieve lo jóvenes y estructuralmente incompletos que son los estudios de ISO. Los descubrimientos actuales son escasos, están limitados por la observación y a menudo se caracterizan por degeneraciones sustanciales en la interpretación física. La detección de nuevos ISO se ve limitada por las cortas ventanas de visibilidad y la frecuencia de observación de los sondeos (cadencia). Las observaciones de seguimiento suelen ser reactivas, fragmentadas y limitadas por limitaciones atmosféricas o de programación. Como resultado, muchas de las preguntas más fundamentales sobre el tamaño, la forma, la composición, la estructura interna y la historia dinámica de los ISO siguen sin estar suficientemente definidas. Estos desafíos implican que la era actual representa una fase exploratoria temprana en la que la capacidad de observación ha superado el desarrollo de una estrategia integral coherente.

Esta situación nos motivó a mí y a Oem a imaginar una futura arquitectura de observación para los estudios de ISO que pueda escalar con el aumento de las tasas de descubrimiento y la creciente relevancia científica y social. Además de la oportunidad de aprender sobre asteroides o cometas en otros sistemas planetarios, la posibilidad de que algunos ISO puedan portar tecnología extraterrestre destaca su potencial importancia para el futuro de la humanidad. En el contexto de la defensa planetaria, es imperativo desarrollar un esquema integral de detección y caracterización que alerte a los terrícolas sobre un "evento de cisne negro", en el que una sonda tecnológica interestelar representaría una amenaza potencial para la humanidad. La probabilidad de este riesgo puede expresarse en el contexto de la Escala de Clasificación de Loeb. A pesar del rápido crecimiento de los estudios del cielo en el dominio del tiempo, las búsquedas actuales de ISOs siguen limitadas por un pequeño número de limitaciones estructurales que, en conjunto, restringen tanto la tasa de descubrimiento como la profundidad de la inferencia física que se puede extraer de cualquier detección individual. Estas limitaciones no surgen de la falta de esfuerzo observacional, sino del desajuste intrínseco entre la naturaleza transitoria y rápida de los ISOs y las capacidades de la infraestructura existente de descubrimiento y seguimiento. En particular, existen cuatro problemas dominantes que actualmente definen los límites de lo que las búsquedas de ISOs pueden lograr.

Una primera y principal limitación es que el descubrimiento de ISOs es inherentemente un problema de cadencia limitada, ya que la ventana de visibilidad de un ISO es intrínsecamente corta. Una segunda limitación importante surge después de la detección, con la grave degeneración en las inferencias fotométricas (brillo) y astrométricas (coordenadas del cielo), causada por arcos de observación cortos y una geometría de observación desfavorable. Un tercer factor limitante es la ambigüedad en la interpretación de las aceleraciones no gravitacionales en términos de desgasificación cometaria, presión de radiación solar o propulsores tecnológicos. La cuarta limitación, y posiblemente la más fundamental, es la falta de resolución espacial directa de los ISO.

En conjunto, estos cuatro problemas delinean el panorama de propiedades físicas desconocidas en los estudios existentes sobre ISO. El descubrimiento de ISO está limitado por las ventanas de cadencia y visibilidad, la inferencia física está dominada por degeneraciones fotométricas y dinámicas, los efectos no gravitacionales siguen siendo fundamentalmente ambiguos y la ausencia de una caracterización rápida y de alta resolución impide la resolución de estas degeneraciones. Estas limitaciones no son independientes, sino que se refuerzan mutuamente. Subrayan la necesidad de una arquitectura observacional que separe y optimice explícitamente el descubrimiento y la caracterización, a la vez que preserva el contenido de la información mediante una respuesta rápida y el acceso a modos de medición fundamentalmente nuevos.

Las limitaciones mencionadas apuntan a una arquitectura observacional en la que ninguna instalación, clase de misión o modo de observación puede satisfacer simultáneamente los requisitos de descubrimiento ISO, caracterización física y evaluación de riesgos. En cambio, se requiere una arquitectura observacional coordinada, en la que los diferentes componentes se optimizan explícitamente para funciones distintas y se acoplan mediante un flujo de información rápido y una lógica de decisión.

A nivel de descubrimiento, el requisito principal es la máxima cobertura del cielo con alta cadencia y suficiente profundidad para detectar objetos tenues y de rápido movimiento en ventanas de visibilidad cortas. La construcción de una segunda configuración del Observatorio Rubin NSF-DOE para cubrir el hemisferio norte es una configuración que satisface naturalmente este requisito para todo el cielo con dos telescopios de rastreo de última generación.

Sin embargo, el descubrimiento por sí solo no soluciona las degeneraciones de inferencia dominantes. La segunda capa de la arquitectura consiste en una caracterización de respuesta rápida y alta resolución angular, activada automáticamente por alertas de descubrimiento e informada por inferencias orbitales y fotométricas en tiempo real. La magnitud fundamental que controla la potencia diagnóstica de las imágenes es la longitud de resolución alcanzable, L = λ ∆ /D, donde λ es la longitud de onda de observación, ∆ es la distancia del objeto al observatorio y D la línea base efectiva del observatorio. Para longitudes de onda ópticas λ ∼ 0,5 micrómetros y distancias ∆ < 1 UA, la resolución de ISO a escala subkilómetro requiere líneas base efectivas >100 metros. Esta resolución es mucho más compleja para las instalaciones terrestres debido a la turbulencia atmosférica. Un interferómetro óptico lunar que opera en un entorno de vacío con condiciones térmicas y mecánicas estables alcanza este régimen de forma natural, ya que la ausencia de seeing atmosférico permite un rendimiento limitado por la difracción, mientras que la superficie lunar permite líneas base a la escala requerida. La obtención de imágenes directas a esta resolución elimina múltiples degeneraciones simultáneamente al establecer restricciones en la forma, la relación de aspecto, la binariedad y la estructura superficial de los ISO, rompiendo así la degeneración tamaño-albedo-forma inherente a las imágenes sin resolución.

El tercer componente de la arquitectura propuesta es una misión interceptora, que ocupa una región diferente del espacio de información de costos. Los interceptores no son instrumentos de descubrimiento, sino sistemas de recopilación de información de alto costo capaces de realizar mediciones in situ. Su viabilidad depende sensiblemente del tiempo de alerta y la geometría orbital. La velocidad relativa entre una nave espacial coubicada y un ISO debe ser menor que el empuje de velocidad alcanzable por el sistema de propulsión de la nave espacial, lo que implica que el descubrimiento temprano y la determinación rápida de la órbita son prerrequisitos. La arquitectura propuesta garantiza que solo un pequeño subconjunto de ISO, seleccionados en función de su alto rendimiento científico o riesgo potencial, alcancen este nivel. En este sentido, los interceptores ISO representan el último peldaño en una escala de respuesta jerárquica, en lugar de una solución predeterminada.

Esta arquitectura en capas resuelve directamente las cuatro limitaciones principales identificadas anteriormente. Las restricciones de cadencia y visibilidad se mitigan mediante el descubrimiento de hemisferios duales, mientras que las degeneraciones fotométricas y astrométricas se solucionan mediante imágenes con resolución espacial. Las ambigüedades en la aceleración no gravitacional se abordan mediante imágenes de alta resolución, rotación y, posiblemente, mediante estimaciones de masa. La naturaleza fugaz de la información sobre los ISO se contrarresta con un diseño explícito de respuesta rápida que minimiza la latencia entre la detección y la caracterización. Es importante destacar que estas soluciones no se basan en tecnologías especulativas, sino en la combinación de capacidades existentes y planificadas en un sistema coherente.

Una red ISO coordinada, compuesta por Rubin-Sur y Rubin-Norte para el descubrimiento, interferometría lunar para la caracterización rápida de alta resolución e interceptores ISO para casos excepcionales, constituye una arquitectura lógicamente consistente, cuantitativamente justificada y operativamente viable. Aborda directamente las limitaciones estructurales de los estudios ISO actuales, proporcionando una priorización racional basada en las necesidades urgentes con respecto a la escala de clasificación de Loeb para evaluar las posibles amenazas a la Tierra derivadas de la tecnología extraterrestre, y proporciona una justificación científica convincente para incorporar la obtención de imágenes ISO en los objetivos más amplios de la exploración lunar a través del Programa Artemis de la NASA.

Esta arquitectura transforma los estudios ISO de una actividad oportunista, impulsada por el descubrimiento, a una disciplina observacional madura con una estrategia integral clara. Denominamos a esta arquitectura "Red Integral de Objetos Interestelares", abreviada como CISON. El estado actual de los estudios ISO está limitado no por la ausencia de instalaciones de descubrimiento, sino por la falta de una arquitectura de observación coherente de extremo a extremo que vincule el descubrimiento, el cambio

Caracterización y toma de decisiones. Al identificar los problemas estructurales dominantes en los estudios actuales de ISO y formular una respuesta coordinada, CISON ofrece un marco de trabajo con motivación física y viabilidad operativa. Separa el descubrimiento y la caracterización en capas complementarias, combinando estudios de clase Rubin en dos hemisferios con respuesta rápida, seguimiento de alta resolución y escalamiento selectivo a misiones de interceptación. CISON aborda directamente las limitaciones fundamentales de cadencia, degeneración e información fugaz que definen actualmente este campo.

La arquitectura de CISON modifica no solo la cantidad, sino también la calidad de la información disponible para los ISO recién descubiertos. Mediante la detección temprana, la obtención de imágenes con resolución espacial y la rápida discriminación física entre efectos no gravitacionales, CISON permite el colapso decisivo de las degeneraciones de parámetros que, de otro modo, persistirían hasta tiempos remotos. Al combinarse con la formulación diferencial de la Escala de Loeb, esta mejora se traduce en una clasificación más rápida, estable y genuinamente predictiva de los objetos interestelares. La puntuación de Loeb en evolución se convierte en un diagnóstico operativo en lugar de una etiqueta retrospectiva, lo que permite que la evaluación de riesgos y la priorización científica se realicen en escalas de tiempo de días a semanas en lugar de meses. El nuevo artículo cuantifica los beneficios de CISON en el contexto del descubrimiento y la caracterización del hipotético objeto interestelar número 100, denominado 100I/X.

CISON replantea la astronomía ISO como una disciplina madura y anticipatoria, en lugar de un subproducto oportunista de los estudios en el dominio temporal, como lo es actualmente. Al motivar de forma natural la inclusión de imágenes ISO en la infraestructura lunar del programa Artemis de la NASA, la arquitectura propuesta integra la ciencia interestelar en la expansión a largo plazo de las capacidades de observación más allá de la Tierra. De este modo, CISON establece un modelo para la exploración de futuras fronteras astronómicas mediante redes estrechamente integradas que combinan el descubrimiento de campo amplio, la caracterización de precisión y marcos de decisión cuantitativos. A medida que las tasas de detección de ISO aumenten en las próximas décadas desde el Observatorio Rubin de la NSF-DOE y su potencial gemelo del norte, CISON será esencial no solo para maximizar el rendimiento científico, sino también para evaluar de manera responsable objetos raros que pueden tener profundas implicaciones para la defensa planetaria, la búsqueda de firmas tecnológicas y la comprensión de nuestro entorno cósmico más amplio.