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A pesar de que ya ha pasado más de un año desde su paso por nuestro sistema solar, el cometa 3I/Atlas sigue generando debate y fascinación en la comunidad científica. Tanto es así, que un equipo de investigadores ha propuesto un ambicioso plan para alcanzarlo con una nave espacial. Pero, ¿cómo dar alcance a un objeto que se desplaza a una velocidad de 60 kilómetros por segundo?

La respuesta podría estar en un concepto propuesto en 1929 por el científico austro-húngaro Hermann Julius Oberth, antes de su colaboración con los nazis. El “efecto Oberth” es un principio fundamental de la astronáutica que establece que un cohete obtiene un mayor impulso energético al encender sus motores a gran velocidad, especialmente al caer en un pozo gravitacional. Por ello, es más eficiente quemar combustible en el punto de máxima rapidez de la órbita, como en el perihelio, cuando la nave se acerca al Sol y su gravedad la acelera, ya que cada kilogramo de propelente produce un mayor aumento de energía orbital, permitiendo alcanzar destinos más lejanos o escapar con mayor velocidad.

“Prácticamente todos los lanzamientos utilizan el efecto Oberth”, afirmó Thomas Marshall Eubanks a Space.com. “Por eso, misiones como Artemis II realizan sus encendidos de inyección translunar en el perigeo, no en el apogeo. Esa es una maniobra de Oberth. Sin embargo, no he encontrado ningún registro de una maniobra de Oberth directa del tipo que proponemos, que consiste en un gran encendido de cohete en la aproximación más cercana durante un sobrevuelo”.

Eubanks, un excientífico de la NASA que actualmente es científico jefe de Space Initiatives Inc., publicó un estudio en el que él y sus colaboradores (Adam Hibberd y Andreas Hein) proponen utilizar el Sol y su efecto Oberth para alcanzar el cometa 3I/Atlas. Según sus cálculos, si la nave se lanzara en 2035, podría alcanzar el cometa antes del año 2085, a una distancia de 732 unidades astronómicas (UA) del Sol. Recordemos que una unidad astronómica es la distancia entre la Tierra y el Sol. A modo de referencia, la sonda espacial Voyager 1 se encuentra a 171 UA de nuestro planeta, una distancia que le tomó casi 50 años de viaje. La nave del doctor Eubanks se propone recorrer cuatro veces esa distancia en el mismo período de tiempo. ¿Cómo? Con la maniobra Solar Oberth (SOM).

Tras su lanzamiento desde la Tierra en 2035, la nave realizaría una asistencia gravitatoria con Júpiter, lo que le permitiría anular gran parte de la velocidad orbital terrestre y “caer” hacia el Sol con un perihelio extremadamente bajo. En el punto más cercano, a apenas 3.2 radios solares del centro del Sol, la nave encendería sus motores y aplicaría un impulso (un delta-V) de unos 8.36 kilómetros por segundo. Esta maniobra la catapultaría hacia el exterior del Sistema Solar con la energía necesaria para alcanzar el cometa en 35 a 50 años.

¿Vale la pena?

Esta propuesta plantea varias interrogantes, tanto prácticas como filosóficas. Por ejemplo, ¿puede una nave acercarse tanto al Sol sin desintegrarse por el calor? Existe el precedente de la Sonda Solar Parker, que alcanzó su punto más cercano al Sol el 24 de diciembre de 2024 a una distancia de 6.1 millones de kilómetros de la superficie solar, es decir, 0.04 UA. Para realizar una maniobra Solar Oberth, la nave de Eubanks y sus colegas tendría que acercarse aún más, a 3.2 radios solares del centro del Sol, o poco más de 0.015 UA. La Sonda Solar Parker contaba con un escudo térmico de compuesto de carbono que le permitió sobrevivir en la corona solar a temperaturas de hasta 1,400 grados Celsius. El escudo térmico del estudio tendría que estar fabricado con el mismo material, pero con capas adicionales de aerogel para aislarlo aún más del calor del sol.

La otra gran pregunta es más sencilla: ¿valdría la pena emprender una misión de tal magnitud? Si bien el proyecto no es imposible, se trata de una misión intergeneracional que, en el mejor de los casos, nos ofrecería un breve vistazo al cometa debido a su velocidad. El proyecto parece tener más valor por la velocidad y distancia que esta nave podría alcanzar en el espacio interestelar, que por el estudio del cometa en sí. Incluso podría abrir la puerta a acercarse a objetos transneptunianos. Si se confirma la existencia del “Planeta 9”, este sería un objetivo más accesible para una sonda impulsada por la maniobra Solar Oberth.

Además, es probable que nuevos instrumentos, como el Observatorio Vera C. Rubin en Chile, ofrezcan más oportunidades que nunca para detectar otros objetos interestelares que visiten nuestro sistema solar, e incluso para emprender misiones más rápidas y menos arriesgadas a objetos con trayectorias más favorables.

Una reciente simulación de la densidad de materia ha revelado una posible distribución real de la materia oscura que rodea a la Vía Láctea y a las otras 134 galaxias que conforman nuestro entorno cósmico, conocido como el Grupo Local. Esta enigmática sustancia, que no interactúa con la luz, ni la refleja ni la emite, parece envolvernos en forma de una hoja plana, en lugar de una esfera como se esperaba tradicionalmente.

El modelo tridimensional, desarrollado por un equipo de investigadores europeos, muestra una estructura de materia oscura con forma de lámina que se extiende por al menos 10 megapársecs, equivalentes a 32.6 millones de años luz. El grosor de esta lámina es de 1.64 megapársecs, o 5.35 millones de años luz, más de mil veces el grosor de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. La simulación también identifica dos regiones de baja densidad, denominadas “vacíos cósmicos”, situadas por encima y por debajo del Grupo Local.

Resuelto el enigma de las galaxias “fantasma”

Esta simulación podría ayudar a explicar un antiguo problema relacionado con la dinámica gravitacional entre la Vía Láctea y Andrómeda. A pesar de que ambas galaxias son las más grandes y masivas del Grupo Local, su influencia no parece afectar a las galaxias vecinas y más distantes. Estas continúan expandiéndose, cuando teóricamente deberían verse frenadas por la atracción gravitatoria de estos gigantes. Es como si fueran entidades fantasmales en un vecindario encantado.

Los astrónomos llegaron a la conclusión de que la clave del misterio reside en el halo de materia oscura que rodea a las galaxias. Dado que la materia oscura constituye aproximadamente el 85% de toda la materia del universo y añade masa adicional a los cúmulos de estrellas, su distribución influye directamente en la astrodinámica.

La materia oscura parece responder únicamente a la gravedad, por lo que se esperaría que se agrupara en volúmenes esféricos, formando halos cuya densidad disminuye a medida que se alejan del centro. Sin embargo, si el Grupo Local tuviera esta forma, la Vía Láctea y Andrómeda ejercerían una fuerza de frenado cuantificable sobre la mayoría de los objetos cercanos.

El nuevo modelo contradice esta suposición. Al reconstruir la distribución real de la masa a partir de las posiciones y velocidades observadas de 33 galaxias, la simulación revela que el Grupo Local no se encuentra dentro de un halo esférico, sino dentro de una extensa lámina de materia oscura, flanqueada por vacíos cósmicos. Esta geometría reduce la atracción gravitatoria vertical y permite que las galaxias cercanas continúen expandiéndose con pocas perturbaciones. La aparente falta de influencia no era un fenómeno sobrenatural, sino el resultado de una estructura plana que redistribuye la gravedad.

“Estamos explorando todas las posibles configuraciones locales del universo primitivo que podrían conducir al Grupo Local. Es fantástico que ahora tengamos un modelo que sea consistente tanto con el modelo cosmológico actual como con la dinámica de nuestro entorno local”, afirmó Ewoud Wempe, uno de los principales autores del estudio publicado esta semana en Nature Astronomy.

Las 169 simulaciones que componen la investigación revelan una tendencia clara: la materia oscura en nuestro vecindario se agrupa siguiendo esta geometría plana. Aunque sigue siendo invisible para los métodos de observación convencionales, ahora posee una estructura concreta que los astrónomos pueden poner a prueba de forma indirecta, analizando el movimiento de las galaxias que rodean a la Vía Láctea.

La imagen de V1674, capturada apenas dos o tres días después de su descubrimiento, revela una explosión que dista mucho de ser simétrica. Se observan dos flujos de material expulsado, uno en dirección noreste y otro hacia el suroeste, flanqueando una estructura elíptica que se extiende casi perpendicularmente a ellos. Esta configuración proporciona evidencia directa de que la explosión no fue un evento único, sino que estuvo acompañada de múltiples eyecciones interactuando entre sí.

Análisis espectroscópicos detallados revelaron diferencias en las velocidades de los componentes de la serie Balmer del hidrógeno. La línea de absorción observada antes del pico de brillo alcanzaba los 3,800 km/s, mientras que el componente que emergió después del pico superó los 5,500 km/s.

La secuencia temporal de estos eventos es notable. La aparición de una nueva corriente de eyección coincidió con la detección de rayos gamma de alta energía por el telescopio espacial Fermi de la NASA. La colisión entre las diferentes corrientes de velocidad generó una potente onda de choque, responsable de la emisión de estos rayos gamma.

Los resultados obtenidos de V1405 fueron aún más sorprendentes. Las primeras dos observaciones, realizadas durante el período de máxima actividad, mostraron una fuente central brillante con pocas erupciones circundantes. El diámetro de este núcleo es de aproximadamente 0.99 milisegundos cuadrados, lo que equivale a un radio de 0.85 unidades astronómicas (UA), donde 1 UA es la distancia entre la Tierra y el Sol.

Si la capa exterior de material hubiera sido expulsada al inicio de la erupción, se habría expandido a lo largo de 53 días a un ritmo estimado a partir de observaciones espectroscópicas, alcanzando un tamaño de entre 23 y 46 UA. La significativa discrepancia con las mediciones reales sugiere que una parte considerable de la capa externa no fue completamente expulsada en los primeros 50 días. Esto indica que la capa exterior de la nova se encontraba en una fase común, envolviendo todo el sistema binario, hasta alcanzar su máximo brillo.

La tercera observación reveló un cambio drástico en la estructura. La fuente central representaba ahora solo alrededor de la mitad de la radiación total, mientras que el resto provenía de la región en expansión. En este punto, surgió un componente de radiación más amplio, viajando a unos 2,100 km/s, detectado por el Telescopio Fermi y el Observatorio de Rayos Gamma Neil Gehrels-Swift de la NASA en las bandas de rayos gamma y rayos X duros, respectivamente. La liberación posterior de material generó una nueva onda de choque, dando lugar a la radiación de alta energía observada.

Física extrema revelada por un laboratorio cósmico

Este descubrimiento demuestra que las novas son fenómenos mucho más complejos que simples explosiones. En los últimos 15 años, el telescopio Fermi ha detectado rayos gamma en el rango de los gigaelectronvoltios provenientes de más de 20 novas, lo que ha transformado nuestra comprensión de estos eventos. Las novas ya no pueden considerarse meros laboratorios para el estudio de ondas de choque y la aceleración de partículas.

En particular, los resultados de V1405 sugieren que el movimiento orbital de las dos estrellas que componen el sistema binario podría actuar como una fuerza que impulsa hacia afuera la capa exterior de material expulsado por la explosión. En las novas de evolución lenta, esta capa exterior en expansión envuelve todo el sistema binario durante varias semanas. Estos fenómenos ofrecen una oportunidad única para observar el proceso evolutivo en sistemas estelares binarios cercanos, un proceso que se estima ocurre en más del 10% de las estrellas del Universo, aunque sus mecanismos detallados aún no se comprenden completamente.

Lejos de ser simples explosiones, las novas están revelando ser fenómenos mucho más ricos y fascinantes de lo que se pensaba. A través de nuevas técnicas de imagen interferométrica directa, la verdadera naturaleza de los eventos más dramáticos del universo comienza a ser revelada.

(Editado por Daisuke Takimoto)

Artículo originalmente publicado en WIRED Japón. Adaptado por Mauricio Serfatty Godoy.