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Detección de Plutón y Caronte con el Meade LX200 del CAAT

José Bosch y Salvador Moros

El grupo de AVA que nos dedicamos a observar estrellas dobles, formado principalmente por Salvador Moros y José Bosch intentamos probar si era posible la detección de Caronte con el telescopio Meade LX200. Hace algunos años junto con Alejandro Vera fuimos capaces de detectar Plutón y hacer un seguimiento durante unos días. Utilizamos la técnica que en su día usara Clyde Tombaugh para descubrir Plutón, conocida como “blinking”, palabra inglesa que significa “parpadeo”. Comparando las imágenes sucesivas de dos días se puede ver como un punto luminoso cambia de posición en la imagen, lo que mostramos en la figura 1, tomadas los días 15 y 17 de octubre de 2020 con el LX200 del CAAT. Con respecto al campo de estrellas de fondo se aprecia cómo se ha movido el punto luminoso.

MontajePluton

Fig 1.  Imagen de Plutón el 15 de octubre                                                              Imagen de Plutón del 17 de octubre

 

Plutón como ya es sabido fue descubierto en febrero de 1930 por Clyde Tombaugh, es un planeta enano reconocido como tal por la Unión Astronómica Internacional en 2006, y las primeras imágenes de calidad fueron tomadas por la sonda “New Horizons” en julio de 2015. En el vuelo “flyby”, que podríamos traducir por un vuelo “de pasada”, ya que la gravedad de Plutón es débil y la velocidad de la sonda era elevada para quedarse en órbita, se tomaron imágenes precisas de la geografía, tanto de Plutón como de Caronte, y se precisaron más los valores de las masas y tamaños de estos cuerpos. Plutón tiene ahora la calificación de planeta enano y forma parte del cinturón de Kuiper, un anillo de pequeños cuerpos más allá de la órbita de Neptuno.

Dado su tamaño y lejanía, el semieje mayor de la órbita es de 39,4 unidades astronómicas, su magnitud media ronda la 15.1 y Caronte la 16.8. Además es un planeta con una órbita muy excéntrica y con un plano orbital bastante inclinado respecto a la eclíptica. Son objetos débiles, pero al alcance de los 40 cm del LX200 del CAAT. Lo más difícil, por no decir casi imposible es lograr separar a los dos objetos. Caronte fue descubierto por James Christy con un telescopio de 1.55 m de diámetro del observatorio Flagstaff en los Estados Unidos en junio de 1978, y en sus imágenes se percibía un cierto abombamiento del disco planetario de Plutón. Estudios posteriores demostraron que Plutón tenía una curva de luz con un periodo regular de unos 6.3 días. Esta particularidad se debe a varios factores. Estudios orbitales más precisos demostraron que cuando se produjo el descubrimiento, la órbita de Caronte respecto a Plutón se veía con el ángulo adecuado para poder percibir el abultamiento, como muestra la figura 2. En otros años la órbita vista desde la Tierra era “de canto”, con lo que Caronte eclipsaba a Plutón de manera regular cada 6 días aproximadamente. Este eclipse se puede percibir porque Caronte posee un albedo muy bajo, de 0.2, es decir es una luna muy oscura porque solo refleja un 20% de la luz que recibe. Plutón puede llegar a tener un albedo entre 0.5 y 0.66, por lo que es más brillante y el paso de Caronte por delante eclipsa de manera significativa le luz de Plutón. Actualmente, en el año 2020-21, la órbita de Plutón y Caronte ya no está de canto y apenas se eclipsan, siendo prácticamente imposible detectar una variación de brillo o curva de luz. Sin embargo, al estar más separados podemos esperar ver cierto abombamiento en el perfil de Plutón, hecho que hemos podido observar con el telescopio LX200 del CAAT. Con esa asimetría en el perfil hemos hecho un tratamiento matemático de la luminosidad y hemos determinado que se debe a la presencia de dos componentes cuya separación es del orden de 0,8 segundos de arco.

GeometryPlutoCharon

Fig 2.  Posición orbital de la órbita de Caronte respecto de Plutón vista des el Sol.

Las asimetrías en el perfil las hemos obtenido con MaximDL, exportando los datos de luminosidad a CSV y representándolo gráficamente con Mathematica son las que se muestran en la figura 3. Los valores numéricos de los ejes representan la posición (x,y) del píxel en la imagen.

ContourPlotTotal

Fig 3.  Perfil 15 octubre                                            Perfil 17 octubre

Estos perfiles permiten incluso obtener un perfil tridimensional, característica que hace de manera buenísima Maxim DL. Los datos del 17 de octubre resultaron al final ser los más adecuados para este propósito. La idea era encontrar una función matemática que ajustara tridimensionalmente los datos. Sabido es que en fotometría se suele emplear un perfil de tipo gaussiano para representar el brillo de una estrella, o una función lorentziana, como hace por ejemplo PixInsight. La asimetría en el perfil da a entender que para ajustarlo bien hacen falta dos gaussianas. Con ayuda de Mathematica, un software específico de análisis numérico y optimización, hemos hechos los ajustes y se han encontrado para estas gaussianas su posición, su altura y su anchura total a altura mitad, la conocida FWHM. En la siguiente imagen, figura 4, mostramos los resultados juntos superpuestos. La malla de puntos son los valores experimentales obtenidos de las imágenes con Maxim DL, y tenemos también los dos perfiles gaussianos y su suma. Su ajuste a los datos experimentales es bastante satisfactorio.

ResultadosPlutonCaronte

Fig 4.  Resultados del ajuste teórico multigaussiano a los datos experimentales

Los resultados del ajuste permiten determinar la posición de los máximos de las dos gaussianas, que corresponderían en principio a la posición celeste de Plutón, el de mayor brillo, y el de Caronte. El perfil superior de todos es la suma, que es lo que realmente observamos en el telescopio. Las posiciones de estos máximos, en unidades de píxels son, para la imagen del 17 de octubre:

(Xmax, YMax)_Plutón = (401.02, 255.24)

(Xmax, YMax)_Caronte = (402.32, 253.27)

Un sencillo cálculo permite obtener la distancia en píxeles de los dos máximos, siendo, r = 1.913 píxeles. Teniendo en cuenta la focal del telescopio (4064 mm), el factor para pasar de grados a radianes y el tamaño de píxel de la SBIG empleada, la separación angular de los puntos es de 0.8728 segundos de arco (‘’).

Para comprobar la veracidad de estos resultados hemos consultado las efemérides de Plutón en el MPC (Minor Planet Center) para esos días. La separación media entre Plutón y Caronte es prácticamente constante pues la órbita es bastante circular y de radio 19591 km. Esa distancia, vista a 34.11 unidades astronómicas desde la Tierra (distancia a la que se encontraba Plutón de la Tierra el 17 de octubre), da una separación angular de 0.7918’’, por tanto, nuestro resultado de 0.8728’’ está en muy buen acuerdo, si hacemos una estimación de los errores. Actualmente la separación del plano orbital de Caronte respecto a la línea de visión de Plutón desde la Tierra requiere de un seguimiento más preciso y con un telescopio con mayor diámetro se tendría mayor resolución, (no olvidemos que J. Christy usó un telescopio de 1.55 m!).

Nosotros con 40 cm hemos conseguido llegar al orden de magnitud compatible con los datos reales. Las imágenes del 15 de octubre no son tan precisas y no se pudieron desdoblar las dos gaussianas de manera tan clara, seguramente debido a problemas de guiado o de seeing.

En conclusión, podemos decir que un conocimiento más preciso de las efemérides y en seguimiento durante 7 días seguidos, algo que no hemos podido hacer desde el CAAT, mejorarían más los resultados. El actual trabajo nos indica además que el LX 200 es un gran telescopio para observación planetaria capaz de obtener muy buenos resultados.

José Bosch Bailach

Referencias:

  • Annu. Rev. Astron. Astrophys. 1992. 30: 185-223. The Pluto-Charon system. S. A. Stern.
  • The Pluto-Charon System as Revealed During the Mutual Events. DOI: 10.1086/132753