Hubble y Webb estudian pequeños objetos transneptunianos

Los telescopios espaciales Hubble y James Webb han permitido estudiar objetos transneptunianos con tamaños estimados de apenas unos pocos kilómetros, una población que hasta ahora quedaba en gran medida fuera del alcance de las observaciones directas. Dos trabajos publicados el 8 de septiembre de 2026 en The Astronomical Journal combinan la capacidad de Webb para detectar fuentes muy débiles en el infrarrojo con las observaciones de Hubble en luz visible para investigar cuántos de estos pequeños cuerpos podrían existir y qué información conserva su superficie sobre su origen.

Qué son los objetos transneptunianos

Los objetos transneptunianos son cuerpos del Sistema Solar cuyas órbitas se encuentran, de forma general, más allá de Neptuno. Entre ellos existen desde mundos de grandes dimensiones, como Plutón, hasta cuerpos de pocos kilómetros. Forman parte de la población de cuerpos menores del Sistema Solar y muchos pueden considerarse planetesimales, cuerpos sólidos formados durante las primeras etapas de construcción de los planetas que nunca llegaron a integrarse en objetos mayores.

Estudiar los miembros más pequeños de esta población resulta especialmente difícil. A decenas de unidades astronómicas del Sol reciben poca luz y reflejan hacia los telescopios una fracción todavía menor. Una unidad astronómica, abreviada ua, corresponde aproximadamente a la distancia media entre la Tierra y el Sol, unos 149,6 millones de kilómetros. Los objetos estudiados en estos trabajos se encuentran generalmente a decenas de veces esa distancia.

Además, no aparecen en las imágenes como pequeños discos en los que puedan distinguirse accidentes de la superficie. Son fuentes puntuales muy débiles cuyo lento desplazamiento respecto a las estrellas y galaxias del fondo permite reconocer que pertenecen al Sistema Solar.

El equipo utilizó la cámara NIRCam del James Webb para observar repetidamente una misma región del cielo entre el 24 de enero y el 4 de febrero de 2023. Para localizar cuerpos demasiado débiles para distinguirlos con claridad en una exposición individual se empleó una técnica conocida como “shift-and-stack”. El procedimiento desplaza y combina numerosas imágenes siguiendo diferentes movimientos posibles. Cuando uno de esos desplazamientos coincide con el movimiento real de un objeto, su señal se acumula y puede separarse mejor del ruido y de las fuentes inmóviles.

El estudio confirmó el descubrimiento de 27 objetos transneptunianos mediante NIRCam. La detección más débil del análisis de Eduardo y colaboradores corresponde aproximadamente a un cuerpo de 10 km de diámetro si se supone un albedo del 15 %. El albedo expresa qué proporción de la radiación recibida refleja una superficie. Como el diámetro de estos objetos no puede medirse directamente en las imágenes, su tamaño debe estimarse combinando su brillo con un valor supuesto de albedo. Por este motivo, las dimensiones calculadas conservan una incertidumbre importante.

El estudio complementario de Morgan y colaboradores amplía la comparación de las propiedades superficiales a una población cuyos tamaños estimados se extienden aproximadamente desde 5 hasta 80 km, que posteriormente se compara con objetos mayores estudiados en otros programas. El interés no reside por tanto únicamente en haber localizado cuerpos muy débiles, sino en poder examinar cómo se comportan las poblaciones transneptunianas cuando se alcanzan tamaños de solo unos pocos kilómetros.

Objetos dinámicamente fríos y calientes

Para interpretar los resultados es necesario distinguir entre dos grandes poblaciones utilizadas habitualmente al estudiar la región transneptuniana: los objetos dinámicamente fríos y los dinámicamente calientes. Los términos “frío” y “caliente” no describen en este caso la temperatura. Ambas poblaciones se encuentran en regiones muy frías del Sistema Solar. La denominación hace referencia a las características de sus órbitas.

Los objetos clásicos fríos siguen órbitas generalmente poco excéntricas, es decir, relativamente próximas a una circunferencia, y presentan pequeñas inclinaciones respecto al plano principal en el que orbitan los planetas. Los modelos dinámicos indican que una parte importante de esta población pudo formarse cerca de la región en la que continúa orbitando actualmente.

Los objetos dinámicamente calientes, también denominados excitados, presentan en conjunto órbitas con mayores inclinaciones y excentricidades. Muchos podrían haberse formado en regiones más próximas al Sol y haber sido desplazados hacia el exterior durante la reorganización de las órbitas de los planetas gigantes en las primeras etapas del Sistema Solar. El término “caliente” describe por tanto una población con una dispersión orbital mayor, no cuerpos físicamente más calientes.

Menos objetos pequeños de lo esperado

Una de las cuestiones investigadas con Webb es cómo cambia el número de objetos transneptunianos a medida que disminuye su tamaño. Hasta ahora, las observaciones estaban dominadas por cuerpos de varias decenas de kilómetros o mayores. La sensibilidad de NIRCam ha permitido extender el registro hacia objetos mucho más pequeños y comprobar si las tendencias observadas entre los cuerpos mayores continúan en este intervalo.

Los resultados muestran que las poblaciones fría y caliente presentan distribuciones similares entre los objetos pequeños estudiados, a pesar de que probablemente se formaron en regiones diferentes y siguieron historias dinámicas distintas. El número de cuerpos aumenta hacia tamaños menores, pero lo hace más lentamente de lo que produciría una simple extrapolación de algunas distribuciones determinadas para objetos mayores. Los investigadores encuentran así una abundancia relativamente reducida de cuerpos de pocos kilómetros.

La distribución obtenida también indica que la mayor parte de la masa de estas poblaciones no está acumulada en esos numerosos cuerpos pequeños. Se concentra principalmente alrededor del intervalo en el que cambia el comportamiento de la distribución, situado aproximadamente en 200 km de diámetro.

Este resultado proporciona información sobre cómo pudieron aparecer los primeros planetesimales. Durante las primeras fases del Sistema Solar, el Sol estaba rodeado por un disco de gas, polvo y partículas sólidas. Algunos modelos proponen que esas partículas no tuvieron que crecer únicamente mediante una larga sucesión de colisiones y uniones entre cuerpos progresivamente mayores. Determinados procesos dentro del disco pudieron concentrar grandes cantidades de pequeñas partículas en regiones relativamente reducidas.

Uno de estos mecanismos se conoce como inestabilidad de flujo o “streaming instability”. Las interacciones entre el gas y las partículas pueden favorecer que los sólidos se concentren localmente. Si una concentración alcanza suficiente densidad, su propia gravedad puede provocar el colapso del conjunto y formar directamente un planetesimal de dimensiones considerables.

La menor abundancia relativa de objetos pequeños encontrada por Webb es compatible con modelos en los que este proceso se vuelve menos eficiente por debajo de determinado tamaño o masa. No constituye una demostración de que los planetesimales se formasen de esta manera, pero proporciona nuevas observaciones con las que comparar las predicciones de estos modelos.

El color conserva información sobre su origen

El segundo trabajo estudia otra propiedad de estos cuerpos: si los pequeños objetos transneptunianos presentan superficies diferentes de las observadas en objetos mayores. Para ello se realizaron observaciones casi simultáneas de parte de la misma región con Hubble. Trece de los objetos detectados por Webb pudieron recuperarse también en sus imágenes, proporcionando medidas que abarcan aproximadamente desde 0,35 hasta 3,2 µm de longitud de onda.

Cuando se habla del color de un objeto transneptuniano no se describe únicamente el color que tendría ante el ojo humano. Los astrónomos comparan la cantidad de luz solar que su superficie refleja en diferentes intervalos de longitud de onda. Estas diferencias de reflectancia proporcionan información sobre los materiales presentes y sobre algunos procesos que han modificado la superficie.

Los pequeños objetos clásicos fríos mantienen la misma secuencia general de colores observada anteriormente entre miembros mucho mayores de esa población. Las medidas son compatibles con superficies dominadas por materiales orgánicos y compuestos relacionados con el metanol. Los objetos dinámicamente excitados conservan, en cambio, una diversidad de colores mayor, también observada entre sus miembros de mayores dimensiones. Sus propiedades son compatibles con distintos tipos de superficies asociadas a materiales orgánicos, hielo de agua y dióxido de carbono.

La comparación permite estudiar hasta qué punto las colisiones han alterado estos cuerpos durante miles de millones de años. Si los miembros más pequeños hubieran sufrido una fragmentación o renovación superficial mucho más intensa que los mayores, podrían presentar diferencias sistemáticas de color. Un impacto puede retirar materiales de la superficie, dejar expuestas capas interiores o producir fragmentos procedentes de cuerpos mayores.

Sin embargo, los investigadores no encuentran una tendencia clara entre color y tamaño. Los objetos clásicos fríos pequeños continúan ocupando la misma secuencia de reflectancia que los mayores, mientras que los dinámicamente excitados mantienen su mayor diversidad. Al compararlos con estudios anteriores, estas relaciones pueden seguirse aproximadamente desde objetos de unos 700 km hasta cuerpos cuyos diámetros estimados son de apenas unos pocos kilómetros.

Un ejemplo conocido de la población clásica fría es Arrokoth, sobrevolado por la sonda New Horizons el 1 de enero de 2019. Arrokoth presenta una superficie rojiza y una densidad relativamente baja de cráteres, características compatibles con una historia de impactos limitada. Las nuevas observaciones permiten investigar estadísticamente cuerpos mucho más pequeños que no pueden observarse con el nivel de detalle alcanzado durante aquel sobrevuelo.

La población de pequeños objetos transneptunianos también había podido estudiarse de manera indirecta mediante el registro de cráteres de Plutón y Caronte. El tamaño y la frecuencia de esos cráteres contienen información sobre los proyectiles que han impactado contra ambos cuerpos. La distribución obtenida ahora mediante detecciones directas de Webb presenta una pendiente compatible con la deducida para parte de la población de impactadores registrada en sus superficies.

Los dos estudios ofrecen así aproximaciones complementarias a una población que apenas podía caracterizarse directamente hasta ahora. La distribución de tamaños permite investigar cómo se formaron los planetesimales, mientras que las medidas de color proporcionan información sobre la composición y la posterior evolución de sus superficies. Los resultados indican que las poblaciones dinámicamente fría y caliente conservan diferencias relacionadas con sus respectivas historias de formación, pero presentan distribuciones semejantes cuando se estudian sus miembros de menor tamaño. Las propiedades observadas en estos pequeños cuerpos son compatibles con la conservación de características establecidas durante las primeras etapas del Sistema Solar exterior.