Uno de los cometas más grandes jamás vistos se acerca a la Tierra

El cometa Bernardinelli-Bernstein ofrece una oportunidad única para que una generación de astrónomos estudie un objeto de los bordes extremos del sistema solar.

Publicado 30 de sep. de 2021 19:54 GMT-3
Comet

Se estima que el cometa Bernardinelli-Bernstein, representado en esta ilustración, es 1.000 veces más grande que un cometa típico.

Ilustrado por NOIRLab, NSF, AURA, J. da Silva (Spaceengine)

A más de 4.345 millones de kilómetros del sol, 29 veces más lejos que la Tierra, una pequeña franja de luz solar se refleja en algo que cae en picada hacia nuestra estrella natal. Algo helado. Algo inimaginablemente antiguo. Algo grande.

Aproximadamente cuatro horas después, en las horas previas al amanecer del 20 de octubre de 2014, un telescopio en el desierto chileno de Atacama volvió su mirada hacia el cielo y tomó una imagen enorme del cielo nocturno del sur, capturando indicios de esta luz reflejada.

Sin embargo, los investigadores tardarían casi siete años en identificar ese extraño punto de luz como un enorme cometa primordial, posiblemente el más grande jamás estudiado con telescopios modernos. Llamado Bernardinelli-Bernstein, el cometa fue anunciado en junio y los investigadores ahora han compilado todo lo que saben sobre él en un artículo de descubrimiento enviado a The Astrophysical Journal Letters.

“Mi teléfono no paraba de sonar, no esperaba la recepción que la comunidad [científica] le dio al descubrimiento”, dice Pedro Bernardinelli, investigador postdoctoral de la Universidad de Washington. Fue el co-descubridor del cometa durante las últimas semanas de su investigación de doctorado en la Universidad de Pensilvania con su asesor Gary Bernstein. "En general, ha sido bastante abrumador".

Las últimas estimaciones sitúan el núcleo del cometa a unos 150 kilómetros de ancho. Esa es, por mucho, la estimación de tamaño más grande para un cometa en décadas. Por el contrario, el cometa 67P/Churyumov – Gerasimenko, que orbitó la nave espacial Rosetta de la Agencia Espacial Europea entre el 2014 y el 2016, tenía solo unas 6 kilómetros de ancho.

“Vamos desde los cometas del tamaño de una ciudad a los cometas del tamaño de una isla”, dice Michele Bannister, astrónoma de la Universidad de Canterbury de Nueva Zelanda que no participó en el informe del descubrimiento. El tamaño del cometa Bernardinelli-Bernstein puede incluso estar junto a algunos "grandes cometas" históricos, incluido un cometa muy brillante y presumiblemente enorme, que viajó al interior del sistema solar en 1729.

Durante la próxima década, Bernardinelli-Bernstein seguirá haciéndose más brillante a medida que se acerque al sistema solar interior, bombardeando las órbitas de los planetas a su paso. Hará su aproximación más cercana el 21 de enero del 2031, cuando se espera que el cometa se acerque a unos 1610 millones de kilómetros del sol, un poco más lejos que la distancia promedio de Saturno. Luego comenzará su largo retiro de regreso a los reinos exteriores del sistema solar, permaneciendo visible al menos hasta la década del 2040, si no más.

Dependiendo de la cantidad de gas que libere el cometa a medida que sus hielos se vaporicen con el resplandor del sol, Bernardinelli-Bernstein podría volverse tan brillante en el cielo nocturno como Titán, la luna más grande de Saturno. Si se diera este caso, el cometa podría ser visible en 2031 con cualquier telescopio doméstico.

Pero Bernardinelli-Bernstein también se destaca por lo lejos que estaba del sol cuando fue visto por primera vez. El objeto helado proviene de la nube de Oort, una enorme neblina esférica de objetos que rodea al Sol miles de veces más lejos que la Tierra.

Los astrónomos calculan que este cometa tarda millones de años en dar la vuelta al sol. Solo se han descubierto tres cometas de este tipo de "largo recorrido" en su camino desde la nube de Oort y Bernardinelli-Bernstein se encontró cuando aún estaba a más de 4.345 millones de kilómetros de distancia, un récord para un cometa. Debido a que fue descubierto tan temprano, una generación de astrónomos tendrá la oportunidad de desentrañar sus misterios.

Un punto de luz en la oscuridad

Bernardinell-Bernstein llamó la atención de la humanidad gracias a una cámara digital exquisitamente sensible instalada en el Telescopio Blanco de 4 metros de ancho, parte del Observatorio Interamericano Cerro Tololo en el desierto de Atacama en Chile.

Esta cámara no buscaba específicamente objetos lejanos del sistema solar; más bien, fue la fuente clave de datos para el Dark Energy Survey, un esfuerzo que recopiló 80.000 exposiciones de amplias franjas del cielo nocturno del sur del 2013 al 2019. Este conjunto de datos ha transformado la búsqueda de los científicos para comprender la energía oscura, una fuerza misteriosa que impulsa la expansión acelerada del universo. Pero las imágenes tomadas para estudiar la energía oscura y otros fenómenos cósmicos también pueden usarse para descubrir objetos mucho más cercanos a casa.

Por su investigación de doctorado, el objetivo de Bernardinelli era utilizar las imágenes de Dark Energy Survey para encontrar objetos previamente no descubiertos que orbitan alrededor del sol más allá de Neptuno. Se enfrentó a una tarea difícil. Cada imagen era tan masiva que mostrar solo una a resolución completa requeriría una cuadrícula de 275 televisores HD. Bernardinelli examinó decenas de miles de estas imágenes en busca de puntos de luz de unos pocos píxeles de ancho.

Para llevar a cabo esta búsqueda, Bernardinelli escribió un código de computadora que buscaba en las imágenes del Dark Energy Survey puntos que se movían contra el telón de fondo de estrellas distantes. Seis meses de cálculos agotadores, ejecutados en un grupo de unas 200 computadoras en el Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi de Illinois, redujeron este enorme conjunto de datos a una lista final de 817 objetos recién descubiertos cuyas órbitas no coincidían con ningún cuerpo conocido en el sistema solar. Como paso final, Bernardinelli y Bernstein comprobaron esta lista a mano para asegurarse de que el código hiciera su trabajo correctamente.

Fue en ese último proceso cuando se dio lo descubrió. Un objeto tan brillante como alguno de esos planetas de un centenar de kilómetros de ancho que hay más allá de Neptuno, pero con una órbita extrema que implica que debía tener un origen situado a billones de kilómetros del sol, justo como un cometa de ciclo largo.

Encontrar el cometa fue "un gran problema, como encontrar una aguja en un pajar", afirma Bernstein. "¡Pero nos las arreglamos para resolver eso y conseguimos esta pequeña cereza encima del helado!"

Girando los telescopios hacia Bernardinelli-Bernstein

Bernardinelli y Bernstein enviaron su evidencia del cometa al Minor Planet Center en Cambridge, Massachusetts, que actúa como el depósito oficial mundial de las órbitas de cometas, asteroides y otros cuerpos pequeños del sistema solar. El 19 de junio, el centro confirmó que el objeto era un nuevo descubrimiento. Cinco días después, se confirmó que el objeto era un cometa y se llamó Bernardinell-Bernstein en honor a la pareja.

La noticia del descubrimiento del planeta corrió como la espuma. En cuestión de días astrónomos de todo el mundo empezaron a girar sus telescopios hacía el objeto que venía hacía nosotros y rastrearon sus archivos en búsqueda de cualquier imagen del cometa que podrían haber pasado desapercibidas. Los investigadores no tardaron en encontrar al cometa oculto en datos de archivo que se remontaban hasta 2010, lo que ayudó a precisar mejor su órbita.

Y dentro de las 24 horas posteriores al anuncio, varios equipos de astrónomos habían confirmado que el cometa estaba liberando suficiente polvo y gas para formar una cola visible, a pesar de que todavía estaba a más de 3.200 millones de kilómetros del sol.

Los cometas no emiten mucho material hasta que se acercan al calor del sol, lo que hace que los compuestos congelados se sublimen directamente en gas. Bernardinell-Bernstein, sin embargo, parece ser rico en producir "volátiles" de gas que comienzan a sublimarse incluso en el espacio helado más allá de Neptuno. Las observaciones sugieren que el objeto no pudo haber pasado mucho tiempo horneándose en el sistema solar interior en su pasado, haciéndolo tentadoramente prístino.

Más pistas sobre su cola provienen de imágenes tomadas en el 2018 y en el 2020 por TESS, un telescopio espacial de caza de exoplanetas operado por la NASA que también capturó imágenes del cometa entrante. Curiosamente, el cometa era mucho más brillante en los datos de TESS que en las imágenes de Dark Energy Survey. El equipo se dio cuenta de que los píxeles de TESS cubrían áreas mucho más grandes del cielo que los píxeles del Dark Energy Survey, lo que significaba que el cometa debía haber estado liberando una cola enorme y extremadamente difusa.

Bernardinelli y Bernstein revisaron los datos del Dark Energy Survey y apilaron muchas imágenes del cometa del mismo nombre para tratar de identificar la cola del cometa. Finalmente, descubrieron una señal extremadamente débil escondida en sus datos y se enteraron de que el cometa había comenzado a emitir gas a 3,8 mil millones de kilómetros del sol, casi un 40 por ciento más lejos de lo que Urano está en promedio.

Al rastrear cómo ha cambiado la cola con el tiempo y cuánto más brillante se estaba volviendo el cometa a medida que se acercaba al sol, el equipo de Bernardinelli pudo comenzar a modelar la química del cometa. Descubrieron que dado lo débil que es la luz solar a esta distancia extrema, el cometa debe estar emitiendo dióxido de carbono o gas nitrógeno.

"¿Cuan genial es eso? Podemos observar esto desde la mitad del sistema solar... y podemos hacer inferencias tan notablemente fuertes sobre su composición”, señala el coautor del estudio Ben Montet, científico planetario de la Universidad de Nueva Gales del Sur en Sydney, Australia, que se especializa en datos TESS. "Es sorprendente lo que se puede hacer con relativamente pocos fotones".

Un futuro brillante

Los científicos ya están haciendo una lluvia de ideas sobre lo que se necesitaría para visitar a Bernardinelli-Bernstein con una nave espacial. Por ahora, no hay una misión oficial en proceso, pero si las agencias espaciales del mundo se mueven rápidamente, una misión podría interceptar el cometa en el 2033 si se lanza a más tardar en el 2029.

Los investigadores también están trabajando arduamente para descifrar los viajes pasados del cometa a través del sistema solar para determinar cuánto lo ha cambiado el sol. El equipo de Bernardinelli y Bernstein calcula que en el 2031, el cometa estará más cerca del sol en al menos tres millones de años.

Sin embargo, mirar más profundamente en el pasado es extremadamente difícil. Los cometas de la nube de Oort están tan lejos que sus órbitas pueden ser empujadas por las estrellas que pasan, lo que significa que modelar sus órbitas requiere trazar el movimiento de las estrellas a través de la Vía Láctea. Nuevos datos sugieren que una estrella particularmente problemática podría estropear cualquier esfuerzo por rastrear la órbita del cometa.

Durante varios años, los investigadores han sabido que hace unos 2,8 millones de años, una estrella similar al sol llamada HD 7977 pasó por el sistema solar. Pero nadie sabe exactamente por dónde pasó. En una nueva investigación enviada a la revista Astronomy & Astrophysics, los investigadores Piotr Dybczyński y Sławomir Breiter de la Universidad Adam Mickiewicz de Polonia descubrieron que ni siquiera sabemos de qué lado del sistema solar pasó HD 7977.

Esa incertidumbre significa que el tirón gravitacional de la estrella en los cometas de la nube de Oort no se comprende bien, con implicaciones potencialmente importantes para la última vez que Bernardinelli-Bernstein se aventuró hacia adentro y qué tan cerca estuvo del sol.

Las observaciones a medida que el cometa se acerca también podrían cambiar su tamaño esperado. La estimación de 150 kilómetros se basa en su brillo actual, así como en los modelos del polvo y el gas que emite el cometa. Pero calcular el tamaño del cometa usando este método es un negocio complicado. Si los modelos de desgasificación de un cometa están incompletos, el núcleo puede parecer más grande de lo que realmente es.

“Hicieron un trabajo increíble, pero creo que probablemente resultará que este objeto sea un poco más pequeño de lo que dicen”, dice Luke Dones, un dinamista de cometas del Southwest Research Institute en Boulder, Colorado.

La buena noticia es que Bernardinelli-Bernstein les da a los astrónomos del mundo un lujo poco común: tiempo. El Observatorio Vera C. Rubin en Chile, que entrará en funcionamiento en el 2023, podrá rastrear el objeto durante al menos la próxima década, si no más. En el camino, el telescopio de última generación transformará nuestra visión del sistema solar y probablemente descubrirá muchos más cometas como Bernardinelli-Bernstein.

Mientras tanto, mientras el cometa recién descubierto avanza hacia nosotros, los científicos y las personas de todo el mundo podrán girar sus telescopios hacia el cielo nocturno y ver a un visitante extraordinario: una enorme bola de hielo que arrastra una enorme y brumosa cola detrás. “Debería verse espectacular”, señala Montet.

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