Monte Carlo models of the dust environment of a sample of comets from the Oort cloud to the outer main asteroid belt

Resum

La principal labor investigadora desarrollada en esta tesis doctoral consiste en la caracterización del polvo ambiental generado en los cometas como consecuencia de su actividad a lo largo de su órbita. Estos estudios han sido implementados para varios cometas, de diferentes familias, usando un código de Monte Carlo. Este programa computacional, que ha sido desarrollado íntegramente en el Departamento de Sistema Solar del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA) (véase Moreno 2009), permite la generación de imágenes sintéticas que pueden ser directamente comparadas con las observaciones cometarias. El código ha sido usado, entre otras muchas aplicaciones, en la caracterización del polvo del cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, para el instrumento GIADA (Grain Impact and Dust Accumulator) de la misión Rosetta, el llamado ``Granada model'' (ver Fulle et al. 2010), y permite inferir, en función de la distancia heliocéntrica, la tasa de producción de polvo, las velocidades terminales de las partículas, la función de distribución de tamaños y las propiedades de anisotropía de la emisión. Desafortunadamente, al ser un problema con múltiples parámetros de entrada, la solución no es única, en el sentido de que podría encontrarse más de un conjunto de parámetros de entrada que generasen un mismo resultado. Ahora bien, si el número de observaciones cometarias es lo suficientemente amplio, la degeneración de las soluciones disminuye considerablemente. Por ello, en nuestros estudios, usamos el mayor número de ellas, intentando cubrir la mayor parte del arco orbital. Los resultados obtenidos se muestran agrupados en distintos artículos, atendiendo a las diferentes familias cometarias. En primer lugar, el código ha sido usado para la caracterización de una muestra de once cometas de la Familia de Júpiter. Para dichos estudios, hemos usado generalmente observaciones realizadas en el Observatorio de Sierra Nevada con el telescopio de 1.52 m. Además, con objeto de aumentar la información disponible para cada cometa, hemos usado medidas del parámetro Afrho realizadas por distintos miembros de la asociación astrónoma amateur Cometas-Obs. En este trabajo, además de la caracterización en términos de polvo, hemos estudiado la historia dinámica de cada cometa, haciendo uso del integrador numérico híbrido implementado por Chambers 1999 en su código Mercury6. Los resultados de estos estudios se muestran en los artículos I, II y III, en donde, para cada cometa, se proporciona una detallada caracterización del polvo ambiental en función de la distancia heliocéntrica y un análisis dinámico que cubre los últimos 15 millones de años, de donde deducimos cuáles han sido las regiones más visitadas y cuánto tiempo llevan formando parte de la Familia de Júpiter. El resultado global más relevante que hemos encontrado es que existe una cierta relación entre la cantidad de polvo emitido anualmente y la edad en la Familia de Júpiter, siendo los cometas más activos los más jóvenes. También han sido analizados los cometas del Cinturón Principal P/2012 T1 (PANSTARRS) y P/2013 P5 (PANSTARRS). Estos objetos forman parte de una familia cometaria que ha sido descubierta recientemente, en donde los objetos tienen tanto rasgos cometarios (cola de polvo) como características asteroidales (parámetros orbitales). De esta nueva población apenas se conocen trece miembros, siendo el mayor interrogante el mecanismo que los activa. Los resultados se presentan en los artículos IV y V. En ellos determinamos como causas más probables de activación la sublimación de hielos, en el caso de P/2012 T1, y la ruptura rotacional, en el caso de P/2013 P5. En el artículo VI, presentamos un amplio estudio llevado a cabo sobre el cometa de largo periodo C/2012 S1 (ISON), perteneciente a la Nube de Oort. Este trabajo ha sido realizado usando telescopios de diferentes observatorios (Observatorio de Sierra Nevada, Observatorio de Calar Alto y el Solar and Heliospheric Observatory) en diferentes épocas, y medidas de Afrho en función de la distancia heliocéntrica llevadas a cabo por Cometas-Obs. Esto nos permitió tener información observacional desde su descubrimiento, a 6 Unidades Astronómicas aproximadamente, hasta su casi completa destrucción tras su paso por el perihelio. La evolución de los parámetros de polvo derivados de estas observaciones muestran un comportamiento altamente complejo, en donde cabe destacar la ruptura del núcleo y los fenómenos de vaporización y fragmentación sufridos por las partículas, que dan como resultado la destrucción casi completa del cometa, quedando como producto final, tan sólo, una nube de pequeñas partículas. Se exponen también unas aportaciones aún no publicadas, aunque en proceso de finalización. Estos estudios están dedicados a la caracterización de la evolución de los parámetros de polvo de los cometas 217P/Linear y P/2010 H2 (Vales), los cuales, en un momento determinado de su órbita, experimentaron una explosión de actividad. De esta forma, proponemos una caracterización completa antes, durante y después del estallido, pudiendo así cuantificar la cantidad de polvo emitida y el tiempo de recuperación tras estos eventos. Finalmente, hacemos un breve resumen de los proyectos, que se encuentran en desarrollo, y que conforman nuestro trabajo futuro. En este sentido, y en relación con los cometas de corto periodo, realizaremos una amplia campaña observacional sobre el cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko determinando en tiempo real la evolución de parámetros de polvo. Los resultados podrán ser comparados directamente con los obtenidos por la misión espacial Rosetta, así como con los presentados en los artículos I, II, y III. En el caso de los cometas del cinturón principal, continuaremos con el programa de ``Target of Opportunity'' en el OSN y la colaboración IAA-IAC, con observaciones con el Gran Telescopio Canarias, para la rápida observación de estos cuerpos cuando se activen. Sobre la familia de cometas de largo periodo, contamos con observaciones ya realizadas de una muestra de cometas, cuyos resultados podrán ser comparados directamente con los obtenidos en el artículo VI, además de una colaboración entre el IAA y el Complejo Astronómico el Leoncito (CASLEO) para monitorizar el fuerte acercamiento entre el cometa C/2013 A1 (Siding Spring) y Marte, que tendrá lugar en Octubre de 2014. Referencias Chambers, J. E. 1999, MNRAS, 304, 793 Fulle, M., Colangeli, L., Agarwal, J., et al. 2010, A&A, 522, A63 Moreno, F. 2009, ApJS, 183, 33