Hubble y Webb descubren objetos más allá de Neptuno que conservan intacta la historia del sistema solar

Más allá de Neptuno sobreviven pequeños mundos cuyas superficies todavía conservan señales de las condiciones en las que nació el Sistema Solar. Una investigación que combina observaciones de los telescopios espaciales James Webb y Hubble ha estudiado objetos transneptunianos de hasta apenas unos cinco kilómetros de diámetro y ha comprobado que sus colores mantienen los patrones observados en cuerpos mucho mayores. Los resultados favorecen la interpretación de que estas características tienen un origen primordial, frente a un escenario en el que su apariencia dependiera principalmente de un procesamiento colisional relacionado con el tamaño.

El trabajo, encabezado por Anastasia N. Morgan, de la Northern Arizona University, y publicado en The Astronomical Journal, se ha centrado en los objetos transneptunianos (TNO), restos de las primeras etapas del Sistema Solar que orbitan en sus regiones más externas. Precisamente por su lejanía, estos cuerpos conservan información relevante sobre la formación y evolución planetarias: propiedades como su composición, tamaño, forma o color permiten estudiar los procesos que transformaron esta zona desde sus orígenes. Entre ellos existe una población especialmente valiosa, los denominados objetos clásicos fríos, que describen órbitas de baja inclinación y escasa excentricidad y probablemente se formaron cerca del lugar que continúan ocupando en la actualidad.

Los pequeños mundos que faltaban por observar

Los astrónomos ya sabían que los objetos clásicos fríos de más de unos 30 o 40 kilómetros presentan una llamativa uniformidad en sus colores, pero quedaba por averiguar qué ocurría al descender a tamaños mucho menores. La diferencia era importante: si las colisiones sufridas durante miles de millones de años hubieran alterado sustancialmente estos cuerpos, los más pequeños podrían mostrar superficies distintas, bien porque los impactos hubiesen dejado expuesto material del interior o porque algunos fueran fragmentos de objetos mayores. Por el contrario, si se formaron mediante el rápido colapso gravitatorio de nubes locales de pequeños materiales, cabría esperar que conservaran la misma secuencia de reflectancia independientemente de su tamaño.

Para resolverlo, el equipo aprovechó de manera coordinada las distintas capacidades de Webb y Hubble. El primero permitió detectar TNO extremadamente débiles en el infrarrojo cercano, mientras que Hubble proporcionó las observaciones ópticas necesarias para determinar sus colores en un intervalo conjunto de longitudes de onda de entre 0,35 y 3,2 micrómetros. Mediante técnicas de seguimiento digital, Webb llegó a detectar clásicos fríos de alrededor de diez kilómetros por debajo del nivel de ruido de las imágenes individuales, mientras que el conjunto de observaciones permitió ampliar el estudio de los colores hasta objetos con diámetros estimados de unos cinco kilómetros. De los cuerpos detectados por Webb situados dentro de la zona cubierta posteriormente por Hubble, 13 pudieron recuperarse con este último telescopio.

Los resultados mostraron una diferencia clara entre las dos grandes poblaciones analizadas. Los clásicos fríos más pequeños presentan una distribución de colores estrecha, compatible con la misma secuencia de reflectancia ya observada entre ejemplares de mayor tamaño, y el equipo no encontró evidencias de que esta cambie al estudiar cuerpos menores. En cambio, los TNO dinámicamente excitados exhibieron una gama mucho más amplia de colores, coherente con las distintas clases de composición detectadas anteriormente entre objetos grandes. Incluso al descender de escala, ambas poblaciones mantienen así las características que las distinguen.

Una composición marcada por el lugar donde nacieron

Los colores funcionan en este caso como una pista sobre los materiales presentes en las superficies. Los clásicos fríos analizados se concentran en el rango correspondiente a superficies de tipo orgánico y son compatibles con tipos espectrales asociados al metanol, aunque las mediciones de color no permiten distinguir con claridad entre todas sus variantes. Los objetos de órbitas más inclinadas, por el contrario, presentan una diversidad mayor y abarcan tipos compatibles con superficies dominadas por hielo de agua, dióxido de carbono y materiales orgánicos. Esa relación entre inclinación orbital y composición ya se había observado en cuerpos mayores y vuelve a aparecer entre los pequeños objetos estudiados ahora.

La comparación abarca además una horquilla de tamaños considerable. La nueva muestra comprende aproximadamente entre cinco y 80 kilómetros de diámetro, mientras que los objetos empleados como referencia en investigaciones anteriores se sitúan entre unos 80 y alrededor de 700 kilómetros. Al comparar ambos grupos, los investigadores no encuentran una tendencia sistemática entre tamaño y color: los clásicos fríos mantienen sus propiedades características desde los ejemplares mayores hasta los menores, mientras que los dinámicamente excitados conservan su diversidad composicional en todo el intervalo analizado.

Esa ausencia de cambios es precisamente una de las principales pistas sobre su pasado. Si las colisiones hubieran remodelado de forma dominante las superficies de los cuerpos pequeños, los científicos esperarían encontrar diferencias sistemáticas respecto a los mayores. No ocurre así. El comportamiento contrasta, por ejemplo, con el observado entre los troyanos de Júpiter, donde los objetos pequeños tienden a presentar colores menos rojos y esa variación se ha relacionado con la fragmentación provocada por impactos. En los TNO analizados, en cambio, las propiedades características de reflectancia se mantienen a lo largo de un intervalo aproximado de cinco a 700 kilómetros.

Una pista sobre cómo nacieron los planetesimales

Los resultados son compatibles con modelos en los que los primeros planetesimales se formaron rápidamente mediante el colapso gravitatorio de nubes de pequeños guijarros, impulsado por la denominada inestabilidad de flujo. En ese escenario, cada cuerpo heredaría la composición química de la región del disco primordial en la que nació y sus propiedades superficiales dependerían fundamentalmente de su lugar y condiciones de formación, y no de que acabara siendo más grande o más pequeño. El estudio no demuestra por sí solo este mecanismo, pero indica que los efectos dependientes del tamaño asociados al calentamiento durante la acreción y al posterior procesamiento por colisiones no fueron suficientemente intensos como para borrar las principales clases composicionales establecidas durante la formación.

Las observaciones también permitieron estudiar cómo gira parte de estos pequeños mundos. En general, las variaciones de brillo asociadas a la rotación fueron débiles, pero apareció una excepción: 2015 GK56, un TNO que ya se conocía antes de la campaña, mostró una curva de luz estructurada y de gran amplitud, con un periodo de rotación de aproximadamente 16 horas y una variación cercana a 0,6 magnitudes. Su comportamiento presenta características compatibles con un probable binario de contacto, es decir, dos cuerpos unidos físicamente, y fue el único objeto de la muestra considerado un candidato probable de este tipo.