Una nueva era en el estudio de cometas de periodo largo

Datos del artículo científico del que hablaremos en este astrobito:

• Título: First JWST spectrum of distant activity in Long Period Comet C/2024 E1 (Wierzchos)
• Autores: Colin Snodgrass, Carrie E. Holt, Michael S. P. Kelley, et. al.
• Institución del primer autor: Institute for Astronomy, University of Edinburgh, UK
• Estado: Acceso abierto en arXiv y bajo revisión en MNRAS.

Cometa observado desde el Observatorio Yerkes mientras rompe en la atmósfera. Imagen tomada de National Geographic

Los cometas, esos gélidos exploradores provenientes de los confines del Sistema Solar, han fascinado a la humanidad desde hace mucho tiempo con sus espectaculares apariciones y misteriosos orígenes. Tradicionalmente, los cometas de período largo (CPL) —cometas que tardan más de 200 años en completar una órbita alrededor del Sol— se han considerado visitantes efímeros, cuyo brillo solo aumenta brevemente al acercarse al Sistema Solar interior. Sin embargo, a medida que los estudios celestes modernos continúan descubriendo estos objetos gélidos cada vez más lejos del Sol, nos damos cuenta de que la historia de los CPL podría ser más compleja —y emocionante— de lo que pensábamos.

Tomemos como ejemplo C/2024 E1 (Wierzchos), un cometa descubierto en marzo de 2024 por la Catalina Sky Survey. Cuando fue detectado por primera vez, ya se encontraba a 8 unidades astronómicas (UA) del Sol, más allá de la órbita de Júpiter. Esto se encuentra muy por encima de la típica región de «sublimación de hielo de agua», donde muchos cometas exhiben sus comportamientos de desgasificación más espectaculares. A esta distancia, las temperaturas son tan bajas que el hielo de agua no se sublima eficientemente. En cambio, se cree que cometas como E1 son impulsados ​​por otros gases más volátiles, como el monóxido de carbono (CO) y el dióxido de carbono (CO₂).

Trayectoria del cometa C/2024 E1 (Wierzchos) (en rojo) comparada con la órbita de otros cuerpos del Sistema Solar. Se espera que el cometa alcance su punto más cercano al Sol a aproximadamente 0.7 ua (perihelio) en enero de 2026. Figura adaptada de Astro van Buitenen.

E1, sin embargo, ha permitido a la comunidad astronómica vislumbrar la intrigante complejidad de la actividad cometaria, gracias a su observación con el Telescopio Espacial James Webb (JWST). En el momento de la observación, E1 se encontraba a 7.2 ua del Sol. Las observaciones revelaron algo extraordinario: una señal clara de desgasificación de CO₂, pero una sorprendente ausencia de CO, una especie típicamente dominante en cometas distantes. Este descubrimiento desafía los modelos existentes y plantea nuevas preguntas sobre cómo se distribuyen los materiales volátiles dentro del núcleo de un cometa y cómo evolucionan con el tiempo.

El rostro cambiante de los cometas de período largo

En el pasado, cometas como E1 se habrían considerado inactivos o «latentes» debido a su ubicación distante y la ineficiente sublimación del hielo de agua. Pero, como han demostrado las observaciones con telescopios como el JWST, los cometas de período largo pueden mostrar una actividad sorprendente incluso a grandes distancias heliocéntricas. Este creciente descubrimiento de cometas distantes y activos marca un punto de inflexión en nuestra comprensión de la naturaleza de estos cuerpos helados.

La presencia de CO₂ a una distancia de 7 ua no es del todo sorprendente, ya que el CO₂ pasa del estado sólido al gaseoso, evitando el estado líquido (sublimación) a temperaturas más bajas que el hielo de agua. Sin embargo, la ausencia de CO, que a menudo se encuentra en mayores cantidades en cometas más alejados del Sol, supone una novedad. Esto podría deberse a la historia del cometa o a su «trayectoria evolutiva»: la idea de que los cometas se formaron más cerca del Sol y desde entonces se han expandido, experimentando un procesamiento térmico en el camino. A medida que viajan a través de las frías regiones exteriores del Sistema Solar, estos cuerpos helados pueden experimentar cambios significativos. En el caso de E1, la ausencia de CO sugiere que sus materiales helados se han alterado, quizás agotados o endurecido, por la radiación solar y los rayos cósmicos del pasado durante su largo viaje por el espacio.

 

Espectro infrarrojo del cometa C/2024 E1 (Wierzchos), que destaca las características de absorción más prominentes del hielo de H₂O y CO₂, así como la ausencia de señales de CO (previstas en los CPL). Figura adaptada de la Figura 1 del artículo principal.

Cómo el JWST está revolucionando la ciencia de cometas

La capacidad del JWST para capturar los espectros detallados de cometas distantes está revolucionando nuestra comprensión de estos gélidos visitantes. Su sensibilidad a las longitudes de onda infrarrojas ha permitido detectar emisiones de moléculas como el CO₂, que antes eran difíciles de observar desde telescopios terrestres. La capacidad del JWST para mapear la distribución espacial de estas emisiones también ayuda a la comunidad a comprender cómo evoluciona la coma del cometa (la nube de gas y polvo que rodea el núcleo) a medida que este se acerca al Sol.

Por ejemplo, el equipo detrás de este estudio observó en E1 una distribución clara y muy simétrica de las emisiones de CO₂ en la coma, lo que sugiere que la desgasificación se distribuye de forma más uniforme por la superficie del cometa. Esto podría indicar que se trata de un cometa relativamente joven, que aún no ha sufrido alteraciones significativas. Por el contrario, los cometas más antiguos o aquellos que han sido más activos en el pasado suelen mostrar una coma más heterogénea con características de desgasificación localizadas.

Distribución espacial del agua y CO₂ al rededor del cometa E1. La distribución casi simétrica de ambas especies es característica de cometas relativamente jovenes. Figura adaptada de las Figura 4 en el artículo principal.

Al rastrear cometas como E1 a lo largo del tiempo, podemos observar cómo cambia su actividad a medida que se acercan al perihelio (el punto más cercano al Sol en su órbita). Para E1, que se espera que pase por el perihelio en enero de 2026 a una distancia de tan solo 0.7 ua, esta es una oportunidad única para estudiar cómo los cometas distantes experimentan la transición a la actividad más habitual y dependiente del agua, que solemos observar en cometas más cercanos al Sol.

Nuevas oportunidades para estudiar el origen y la evolución de los cometas

El estudio de cometas de periodo largo (CPL) como E1 ofrece una visión del origen y la evolución de estos antiguos objetos. Los datos recopilados por el JWST brindan una oportunidad excepcional para comprender cómo evolucionan las especies volátiles como el CO y el CO₂ a medida que los cometas viajan por el Sistema Solar exterior. Por ejemplo, comprender la ausencia de CO en E1 podría ayudar a modelar cómo los cometas pierden ciertos hielos con el tiempo, ofreciendo pistas sobre los procesos que dan forma a sus núcleos.

Las futuras observaciones de E1, especialmente a medida que se acerca al perihelio, proporcionarán información crucial sobre la actividad del cometa y sus patrones de desgasificación. Se espera que, al comparar E1 con otros cometas distantes observados con el JWST, podamos reconstruir la historia más amplia de la evolución cometaria, lo que, a su vez, podría arrojar luz sobre las condiciones del Sistema Solar primitivo. Después de todo, se cree que estos cometas son algunos de los restos más antiguos del material que formó los planetas, y el hecho de que solo ahora podamos estudiarlos con tanto detalle demuestra cuánto nos queda por aprender.

En los próximos años, observaremos cometas como el E1 con más atención que nunca. Con el lanzamiento del Observatorio Vera C. Rubin y el trabajo en curso de misiones como el Interceptor de Cometas de la ESA, pronto podremos dar con estos viajeros lejanos y observarlos en tiempo real mientras recorren el Sistema Solar. Ya sean activos o inactivos, jóvenes o viejos, estos cuerpos helados tienen una historia que contar, y gracias al JWST, estamos empezando a escucharla.