domingo, 8 de diciembre de 2013

ISON: Crónica de una desintegración anunciada.

Crónica de una desintegración anunciada
El cometa ISON se desintegro antes del perihelio confirmando una predicción hecha por el Prof. Ignacio Ferrin


 
Diciembre 3 de 2013
Después de más de 5 meses esperando el desenlace de una de las historias más excitantes de la Astronomía reciente, el destino del cometa ISON, el intrigante visitante de la nube de Oort finalmente se desintegró enfrente de astrónomos profesionales y de millones de entusiastas antes de alcanzar el perihelio.  Es interesante que aunque las predicciones del Prof. Ignacio Ferrin de la Universidad de Antioquia (Medellín - Colombia) sobre el fatidico destino del cometa fueron siempre consideradas como "muy exageradas", la naturaleza finalmente confirmo lo que el Astrónomo, miembro de FACom, había sospechado: el cometa llegó al sistema solar interior seriamente debilitado y no sobrevivio la exposición a las calidas vecindades del Sol.

En Junio 20 de 2013 el Prof. Ignacio Ferrin sometió para publicación a la revista inglesa Monthly Notices of the Royal Astronomical Society el artículo titulado The Location of Oort Cloud Comets C/2011 L4 Panstarrs and C/2012 S1 ISON, on a Comets' Evolutionary Diagram (la primera version del paper fue sometida también al repositorio arXiv y puede descargarse aquí http://arxiv.org/abs/1306.5010)  Si bien el artículo no ha sido publicado todavía, dos pares internacionales aceptaron el manuscrito para publicación hace dos meses sugiriendo solo revisiones menores.  Esta sería la historia de cualquier otro artículo científico, excepto porque el manuscrito sometido en Junio de este año por Ferrin contenía en el resumen una afirmación premonitoria: “Hay una probabilidad significativa de que el cometa [C/2012 S1 ISON] se apague como lo hizo el cometa C/2002 Honig, o alternativamente, podría desintegrarse en el perihelio.
El octubre 2 de 2013, más de 3 meses después de su predicción, el Prof. Ferrin comprometió su reputación prediciendo con una probabilidad del 100% que el ISON se apagaría o se desintegraría en cualquier momento entre su predicción y el perihelio.  Aunque solo basada en un patrón observado en las curvas de luz de cometas que se habían previamente desintegrado, las predicciones de Ferrin tomaron por sorpresa la comunidad ceintífica al sugerir que los cometas, normalmente considerados como cuerpos astronómicos impredecibles, podrían en realidad serlo.  Pocos o casi ningún expertos cometario aceptaron las atrevidas predicciones del Prof. Ferrin, especialmente debido al hecho de que no estaban apoyadas todavía por un modelo teórico.  Además de eso, el artículo corto que sometió al arXiv el 2 de octubre y que tenía por título "La inevitable desaparición del ISON" proponía un destino muy definitivo para algo tan erratico como un cometa.  Sin importar cuan definitiva sonaba esta predicción, es importante ahora admitir que Ferrin fue uno de los primeros expertos cometarios en lanzar una alarma acerca de la posible desintegración del que era considerado todavía hasta ese comento como "el cometa del siglo".

El Prof. Ignacio Ferrin en el campus de la Universidad de Antioquia (Medellín, Colombia).
A pesar de no contar con el apoyo de muchos colegas en la comunidad cometaria y después de ser el blanco de comentarios de alto calibre en distintos medios de comunicación, blogs y redes sociales, el Prof. Ferrin decidió crear un "weblog" (http://astronomia.udea.edu.co/cometspage) donde publicó por casi dos meses los últimos resultados del análisis de una gran diversidad de observaciones y por primera vez los resultados de modelos teóricos todavía no publicados sobre el cometa.  Estos modelos fueron desarrollados conjuntamente con el Prof. Jorge Zuluaga, también investigador de FACom y uno de los primeros astrónomos profesionales que expresaron apoyo a las hipótesis de Ferrin.  El sitio web de Ferrin, que a la fecha de hoy ha recibido más de 35,000 visitas, se convirtió en una fuente de información sobre el cometa ISON casi tan popular como algunos de los sitios web más conocidos sobre el histórico cuerpo astronómico.
Como una manera de resumir sus resultados y de advertir a la comunidad científica acerca de la "desaparición inminente" del cometa ISON, el Prof. Ferrin identificó y graficó lo que se dió en llamar las "Líneas Rojas" (Red Lines en inglés) (ver la figura abajo), esto es, la distancia mínima al Sol donde cometas que se desintegraron previamente alcanzaron a llegar antes de mostrar signos inequivocos de desintegración.  De manera curiosa la mitad de las Líneas Rojas estaban empacadas entre 0.6 y 0.8 UA (Unidades Astronómicas), un estrecho rango de distancias cuando se lo compara con los cientos de unidades astronómicas recorridas por el cometa antes de aproximarse al Sol.  La desintegración del cometa ISON a una distancia en medio de esas Líneas Rojas sería una confirmación de que algo muy interesante debería estar pasándole a los cometas que sufren el mismo destino.  Lamentablemente y dadas las escalas de tiempo del fenómeno, el Prof. Ferrin no pudo presentar ninguna teoría fundamental que soportará la idea de una distancia crítica para la desintegración de los cometas.   Aunque un esfuerzo importante para desarrollar una explicación teórica esta siendo desarrollada por Ferrin y Zuluaga, la falta de fundamentos teóricos hicieron de la idea de las "Líneas Rojas" el blanco de críticas entre colegas y entusiastas.

Las "Líneas Rojas" introducidas por Ferrin en Octubre para resumir el hecho intrigante de que los cometas que se desintegraron comenzaron a desvanecerse en un estrecho rango de distancias al Sol.  Una nueva línea roja, correspondiente ahora al cometa ISON ha sido propuesta recientemente por Ferrin y aparece entre las líneas más cercanas al Sol.
El 7 de noviembre y cuando el cometa estaba a solo 0.85 UA, o usando el sistema de Ferrin, justo después de cruzar la línea roja correspondiente al cometa C/2002 O4 Honig, la primera evidencia confirmando las expectativas del investigador de la Universidad de Antioquia, apareció en escena.  Medidas diferentes realizadas por el telescopio TRAPPIST (en inglés "Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope") y otros observatorios en Tierra, mostraron una disminución en la cantidad de vapor de agua sublimada desde la superficie del cometa.  El ISON que estaba aproximándose a una increible velocidad de 160,000 km/h, estaba produciendo extrañamente menos agua al acercarse al Sol, algo que claramente contradecía las leyes termodinámicas más simples.  O bien el cometa se estaba enfríando (¡imposible!) o el agua que traía se estaba agotando.
Tan solo 6 días después de las primeras observaciones que apuntaban a una producción reducida de agua, el cometa comenzo a comportarse de forma aún más extraña.  En Noviembre 13 y en tan solo un par de horas su brillo aumento por un factor de 6, reviviendo temporalmente las esperanzas de aquellos que esperaban ver un espectáculo histórico en los cielos de finales de noviembre.  El incremento en brillo estuvo acompañado por un aumento en un factor de 10 en la cantidad de agua producida lo que apuntaba a diferentes escenarios.  O bien el cometa estaba liberando agua almacenada en un reservorio interior húmedo que antes no se conocía, o, como había sido sugerido por la predicción de Ferrin, estabamos observando las primeras evidencias de la fragmentación cometaria.  De acuerdo con los modelos actualmente desarrollados por Ferrin y Zuluaga, el fraccionamiento del núcleo en algunos fragmentos y en cientos de grandes trozos podría ser responsable por un aumento en un factor de 5 a 10 del área de sublimación efectiva.

La tasa de producción de agua medida por diferentes observatorios en la Tierra.  La fecha y distancia del cometa al Sol correspondientes a la repentina producción de agua (outburst) esta indicada con una flecha roja.  Debe notarse que pocos días antes, el cometa estaba produciendo agua a una rata casi constante mientras se aproximaba al Sol, una señal también de un núcleo cometario en crisis.
Pocos días después de la emisión repentina de agua en Noviembre 13, observaciones de alta resolución de la coma del cometa y algunos análisis independientes realizados sobe las mismas imágenes, revelaron la existencia de varios chorros de vapor de agua y polvo aparentemente producidos desde partes diferentes de la región central de la coma.  Adicionalmente imágenes de alta resolución de la cola sugerían hasta 7 diferentes fuentes de gas y polvo en la coma interior.  Justamente estas evidencias condujeron al prestigioso Max Planck Institute for Solar System Research a enviar un Telegrama de la Oficina Central de Efemérides (en inglés Central Bureau Ephemeris Telegram o CBET) y una nota de prensa, el 19 de noviembre de 2013.  Allí por primera vez, un grupo independiente, sugería que el cometa se había ya partido en varios fragmentos después de la repentina emisión de agua del 13 de Noviembre.  Esta fue probablemente la primera señal directa de que las predicciones del Prof. Ferrin podrían ser realmente ciertas.  La fecha de la fragmentación parecía estar claramente señalada: 43 minutos después de la medianoche (GMT) del 14 de noviembre de 2013.
Pero antes de revelar su verdadera naturaleza el cometa estaba escondiendo otras sorpresas.  Por casi una semana después de la repentina emisión de agua y antes de que el cometa desaparecierá dentro del denominado "resplandor solar" (la región que rodea el Sol a menos de 20 grados de distancia y dentro de la cuál las observaciones en Tierra y en el espacio son muy difíciles), cientos de observaciones fueron hechas en el mundo tratando de detectar cualquier evidencia confirmando la fragmentación.  Ninguna señal de fragmentos fue observada.  El cometa estaba sorprendiendo otra vez a los expertos, y el Prof. Ferrin era probablemente el más sorprendido entre ellos.  Intentando encontrar una explicación razonable para las observaciones, Ferrin y Zuluaga realizarón una serie de simulaciones de N-cuerpos que buscaban recrear la evolución de fragmentos cometarios hipotéticos y de restos liberados durante una fragmentación.  El código desarrollado fue cuidadosamente probado antes de producir un resultado muy interesante: incluso si la fragmentación había ocurrido una semana antes de que el cometa entrará en el resplandor solar, la separación entre los fragmentos mayores no sería suficiente para ser resueltos con telescopios en la tierra.  Incluso la parte más densa de la nube de polvo liberada en dicho evento no sería más grande que unos pocos segundos de arco aún después de una semana de la fragmentación, haciendo que la confirmación del evento fuera casi imposible con observaciones en Tierra.   Aunque esta explicación parecía razonable, el Prof. Ferrin comenzó a buscar otras explicaciones de por qué el cometa no se había aparentemente desintegrado durante la repentina emisión de agua que comenzó el 13 de noviembre.
Esta es probablemente la imagen más impactante del cometa ISON tomada en los días después de la emisión repentina de agua en Noviembre 13.  Diferente filamentos con origen en un núcleo no resolvible en la imagen, pueden ser vistos en la cola del cometa.  Los filamentos son creados por el flujo de partículas de polvo y gas creados por un núcleo único o por varios fragmentos.  La apariencia final de la cola es producto de la interacción del polvo y el gas con el viento y la radiación solar.  Crédito: Damian Peach.
  
Justo cuando el cometa estaba desapareciendo dentro del resplandor solar y cuando solo radiotelescopios eran capaces de observarlo, una evidencia aún más fuerte de la ausencia de un núcleo con capacidad para producir una cantidad significativa de gas, entro en escena.   Observaciones en radio hechas en España por M. Drahus y I. Hermelo mostraron que la producción molecular del cometa, una señal de su "salud", había caído por un factor de 20 entre el 21 y el 25 de noviembre.  A tan solo 3 días del perihelio y a una distancia de 0.25 UA (casi la mitad de la distancia de Mercurio al Sol) el cometa parecía muerto, al menos en lo que respecta a la producción de gas.
Entre Noviembre 25 y 28 los únicos instrumentos observando el cometa fueron las cámaras a bordo de observatorios solares en el espacio: SDO, STEREO A, STEREO B y SOHO.   Especialmente diseñados para observar el ambiente plasma del Sol, las cámaras de estos telescopios no estaban preparadas para observar con suficiente detall lo que pasaba alrededor del núcleo del cometa (si algo de él había sobrevivido intacto hasta ese momento).  Durante 3 fantásticos días observamos la aproximación de lo que parecía ser un cometa intacto al interior de la Corona Solar.  Pero justo unos minutos antes de alcanzar su punto más cercano al Sol y cuando el cometa se aproximaba al borde del coronografo en las imágenes de la cámara LASCO C2 de SOHO claras evidencia de un cometa fragmentado aparecieron: la coma no resuelta del ISON y su cola se habían regado formando un río de desechos que parecía estar siendo tragado por la corona solar.
Otra confirmación de la ausencia de un núcleo entero llego después a partir de algunas de las imágenes tomadas cuidadosamente por el telescopio SDO.  Aunque el telescopio estaba perfectamente alineado para observar el momento cuando el cometa pasaba por el perihelio, las cámaras del SDO nunca detectaron el esperado núcleo: el cuerpo cometario estaba probablemente allí pero se habría fragmentado en miles, millones o billones de pequeños fragmentos y partículas de polvo demasiado pequeñas para ser detectadas contra el brillante fondo de la corona.  Después de 4,500 millones de años el cometa ISON había encontrado finalmente su tumba en la corona.
      
Izquierda: imagen del cometa de un momento cercano al paso por el perihelio.  Las partículas de polvo en la coma y cola del cometa se dispersan a lo largo del camino del cometa mientras lo que queda de él se zambulle dentro de la corona.  Derecha: imagen del SDO mostrando la región donde las cámaras esperaban atrapar al cometa mientras pasaba cerca al Sol.  Nada fue detectado contra el fondo de la brillante corona sugiriendo que o bien en ese momento el cometa era un río de fragmentos o que el núcleo había perdido completamente su coma y cola.  Créditos: NASA/ESA SOHO, NASA SDO.
A la misma velocidad con la que el cometa se había aproximado al Sol, una nube de restos cometarios, piedras, polvo e incluso grandes fragmentos secos e indetectables del cometa hicieron su aparición detrás del Sol.  Debido a un efecto de perspectiva la nube de polvo emergiendo del otro lado, era lo suficientemente brillante como para que algunos declararan que el difunto ISON había sobrevivido.  Pero tan pronto como la nube se separó lo suficiente del Sol, su verdadera naturaleza efímera quedo en evidencia: el Cometa ISON era historia.
El ISON es ahora historia pero la ciencia aprendida de él esta apenas empezando a aparecer.  Es imposible negar que el Prof. Ferrin contribuyo de una manera fundamental a incrementar la conciencia en el hecho de que el cometa sufriría un destino como el que finalmente observamos.  La fecha exacta de desintegración será materia de investigación en los próximos meses e incluso años.  Para Ferrin y Zuluaga una fragmentación el 14 de noviembre es compatible con la evidencia observacional existente y no puede ser descartada tan fácilmente.  Si se confirma, esta fecha se ajustaría con el estrecho rango de Líneas Rojas identificadas por Ferrin y su modelo empírico debería ser entonces explicado a partir de bases teóricos.
Tratar de evitar toda referencia al trabajo de Ferrin en estos excitantes meses o asumir de plano que sus observaciones y los modelos desarrollado con colegas en la Universidad de Antioquia carecen de valor, no solo es miope sino que además es injusto con un investigador cometario que ha dedicado una vida a observar y analizar el comportamiento de estos aparentemente impredecibles cuerpos astronómicos.  Guardando las debidas proporciones podríamos decir que de la misma manera como la teoría de la gravitación de Newton permitió a Edmund Halley predecir lo impredecible, es decir el regreso de un gran cometa, el trabajo del Prof. Ferrin merece un reconocimiento parecido.  En este caso, sin embargo, no fue una teoría lo que permitió a un hombre predecir lo impredecible, sino un análisis sistemático y cuidadoso de las observaciones de otros cometas difuntos.  Pero, ¿no es acaso así como la ciencia ha surgido en el pasado?.  
Celebremos la ciencia por venir y que fue dejada detrás de los restos polvorientos del cometa ISON, pero no nos olvidemos de reconocer adecuadamente los esfuerzos de aquellos que fueron pioneros en estos logros.
Notas y lectura relacionadas
  • The Location of Oort Cloud Comets C/2011 L4 Panstarrs and C/2012 S1 ISON, on a Comets' Evolutionary Diagram.  I. Ferrin, Manuscript submitted to MNRAS (Jun 20, 2013). arXiv:1306.5010.  http://arxiv.org/abs/1306.5010.
  • The Impending Demise of Comet C/2012 S1 ISON.  I. Ferrin, arXiv:1310.0552. http://arxiv.org/abs/1310.0552.