Imágenes del Observatorio Espacial Herschel han permitido determinar las propiedades físicas de las cinco lunas principales de Urano.
La radiación infrarroja medida, que es generada por el Sol calentando sus superficies, sugiere que estas lunas se parecen a planetas enanos como Plutón.
Un equipo del Instituto Max Planck de Astronomía (MPIA) desarrolló una nueva técnica de análisis que extraía las señales débiles de las lunas cercanas a Urano, que es mil veces más brillante. El estudio se publica en la revista Astronomy & Astrophysics.
Los científicos utilizaron datos del Observatorio Espacial Herschel, que se desplegó entre 2009 y 2013 y en cuyo desarrollo y operación MPIA también participó significativamente. En comparación con sus predecesores que cubrían un rango espectral similar, las observaciones de este telescopio fueron significativamente más nítidas.
«En realidad, llevamos a cabo las observaciones para medir la influencia de fuentes infrarrojas muy brillantes como Urano en el detector de la cámara», explica el coautor Ulrich Klaas, quien dirigió el grupo de trabajo de la cámara PACS del Observatorio Espacial Herschel en MPIA con que se tomaron las imágenes.
«Descubrimos las lunas sólo por casualidad como nodos adicionales en la señal extremadamente brillante del planeta». La cámara PACS, que fue desarrollada bajo el liderazgo del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) en Garching, era sensible a longitudes de onda cien veces mayores que la longitud de onda de la luz visible. Como resultado, las imágenes del Telescopio Espacial Hubble de tamaño similar son unas cien veces más nítidas.
Los objetos fríos irradian muy brillantes en este rango espectral, como Urano y sus cinco lunas principales, que, calentadas por el Sol, alcanzan temperaturas entre 60 y 80 K (-213 a -193 ° C).
«El momento de la observación también fue un golpe de suerte», explica Thomas Müller de MPE. El eje de rotación de Urano, y por lo tanto también el plano orbital de las lunas, está inusualmente inclinado hacia su órbita alrededor del Sol. Mientras que Urano orbita alrededor del Sol durante varias décadas, es principalmente el hemisferio norte o sur el que está iluminado por el Sol.
«Durante las observaciones, sin embargo, la posición fue tan favorable que las regiones ecuatoriales se beneficiaron de la irradiación solar. Esto nos permitió medir qué tan bien se retiene el calor en una superficie cuando se mueve hacia el lado nocturno debido a la rotación de la luna. Esto nos enseñó mucho sobre la naturaleza del material», explica Müller, quien calculó los modelos para este estudio. De esto derivó las propiedades térmicas y físicas de las lunas.
Cuando la sonda espacial Voyager 2 pasó por Urano en 1986, la constelación era mucho menos favorable. Los instrumentos científicos solo pudieron capturar las regiones del polo sur de Urano y las lunas.
Müller descubrió que estas superficies almacenan calor inesperadamente bien y se enfrían comparativamente lentamente. Los astrónomos conocen este comportamiento por los objetos compactos con una superficie rugosa y helada. Es por eso que los científicos asumen que estas lunas son cuerpos celestes similares a los planetas enanos al borde del Sistema Solar, como Plutón o Haumea. Estudios independientes de algunas de las lunas uranianas irregulares exteriores, que también se basan en observaciones con PACS / Herschel, indican que tienen diferentes propiedades térmicas. Estas lunas muestran las características de los Objetos Transneptunianos más pequeños y vagamente unidos, que se encuentran en una zona más allá del planeta Neptuno.
«Esto también encajaría con las especulaciones sobre el origen de las lunas irregulares», añade Müller. «Debido a sus órbitas caóticas, se supone que fueron capturados por el sistema uraniano sólo en una fecha posterior».
Sin embargo, las cinco lunas principales casi se pasaron por alto. En particular, los objetos muy brillantes como Urano generan fuertes artefactos en los datos de PACS / Herschel, lo que hace que parte de la luz infrarroja de las imágenes se distribuya en grandes áreas. Esto apenas se nota cuando se observan objetos celestes débiles. Con Urano, sin embargo, es aún más pronunciado.
«Las lunas, que son entre 500 y 7.400 veces más débiles, están a una distancia tan pequeña de Urano que se fusionan con los artefactos igualmente brillantes. Solo las lunas más brillantes, Titania y Oberon, se destacan un poco del resplandor circundante», explica el co-autor Gábor Marton del Observatorio Konkoly en Budapest.
Este descubrimiento accidental impulsó a Örs H. Detre a hacer que las lunas fueran más visibles para poder medir su brillo de manera confiable. «En casos similares, como la búsqueda de exoplanetas, usamos coronógrafos para enmascarar su brillante estrella central», explica Detre. «Herschel no tenía tal dispositivo. En cambio, aprovechamos la excelente estabilidad fotométrica del instrumento PACS».
Con base en esta estabilidad y luego de calcular las posiciones exactas de las lunas en el momento de las observaciones, desarrolló un método que le permitió eliminar a Urano de los datos. «Nos sorprendió a todos cuando aparecieron claramente cuatro lunas en las imágenes, e incluso pudimos detectar a Miranda, la más pequeña e interna de las cinco lunas uranianas más grandes», concluye Detre.
