Cleopatra, el raro asteroide de forma alargada y con dos satélites

Utilizando el VLT (Very Large Telescope) del Observatorio Europeo Austral (ESO), un equipo de astrónomos ha obtenido las imágenes más nítidas y detalladas hasta la fecha del asteroide Cleopatra. Las observaciones han permitido al equipo restringir, con la mayor precisión obtenida hasta el momento, la forma en 3D y la masa de este peculiar asteroide, que se asemeja a un hueso de roer. Su investigación proporciona pistas sobre cómo se formaron este asteroide y las dos lunas que lo orbitan.

«Cleopatra es sin duda un cuerpo único en nuestro Sistema Solar», afirma Franck Marchis, astrónomo del Instituto SETI, en Mountain View (EE.UU.) y del Laboratorio de Astrofísica de Marsella (Francia), quien dirigió un estudio sobre el asteroide, publicado recientemente en la revista académica Astronomy & Astrophysics. «La ciencia progresa mucho gracias al estudio de elementos atípicos que están fuera de la norma. Creo que Cleopatra es uno de ellos y comprender este complejo y múltiple sistema de asteroides puede ayudarnos a aprender más sobre nuestro Sistema Solar».

Cleopatra orbita el Sol en el Cinturón de Asteroides que se encuentra entre Marte y Júpiter. La comunidad astronómica lo ha llamado «asteroide hueso de perro» (dog-bone en inglés) desde que las observaciones de radar, hace unos 20 años, revelaron que tiene dos lóbulos conectados por un grueso «cuello». En 2008, Marchis y sus colegas descubrieron que Cleopatra está orbitado por dos lunas, llamadas AlexHelios y CleoSelene, en honor a los hijos de la reina egipcia.

Para obtener más información sobre Cleopatra, Marchis y su equipo utilizaron instantáneas del asteroide tomadas en diferentes momentos entre 2017 y 2019 con el instrumento SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch, búsqueda de exoplanetas con espectropolarímetro de alto contraste), instalado en el VLT de ESO. A medida que el asteroide giraba, pudieron verlo desde diferentes ángulos y crear los modelos 3D de su forma más precisos hasta la fecha. Restringieron la forma de hueso del asteroide y su volumen, viendo que uno de los lóbulos es más grande que el otro, y determinaron que la longitud del asteroide es de unos 270 kilómetros.

Esta foto procesada muestra las dos lunas del asteroide Cleopatra (el objeto blanco central), AlexHelios y CleoSelene, que aparecen como dos pequeños puntos blancos en las esquinas superior derecha e inferior izquierda de la foto. (Imagen: ESO / Vernazza, Marchis et al. / MISTRAL algorithm (ONERA / CNRS))

En un segundo estudio, también publicado en la revista Astronomy & Astrophysics y dirigido por Miroslav Brož, de la Universidad Charles, en Praga (República Checa), el equipo informó sobre cómo utilizaron las observaciones de SPHERE para determinar las órbitas correctas de las dos lunas de Cleopatra. Estudios anteriores habían estimado estas órbitas, pero las nuevas observaciones llevadas a cabo con el VLT mostraron que las lunas no estaban donde predecían los datos anteriores.

«Era necesario resolver este asunto», afirma Brož. «Porque si las órbitas de las lunas estaban equivocadas, todo estaba mal, incluida la masa de Cleopatra». Gracias a las nuevas observaciones y al sofisticado modelado, el equipo logró describir con precisión cómo influye la gravedad de Cleopatra en los movimientos de las lunas, determinando así las complejas órbitas de AlexHelios y CleoSelene. Esto les permitió calcular la masa del asteroide, descubriendo que era un 35% más baja que en las estimaciones anteriores.

Combinando las nuevas estimaciones de volumen y masa, la comunidad astronómica pudo calcular un nuevo valor para la densidad del asteroide, que, con menos de la mitad de la densidad del hierro, resultó ser más baja de lo que se pensaba anteriormente. La densidad recién calculada es de 3,4 gramos por centímetro cúbico, mientras que anteriormente se creía que Cleopatra tenía una densidad media de aproximadamente 4,5 gramos por centímetro cúbico.

La baja densidad de Cleopatra, que se cree que tiene una composición metálica, sugiere que tiene una estructura porosa y podría ser poco más que un «montón de escombros». Esto significa que, probablemente, se formó tras la reacumulación de material que pudo tener lugar después de un gigantesco impacto.

La estructura de “montón de escombros” de Cleopatra y la forma en que gira también dan indicaciones de cómo podrían haberse formado sus dos lunas. El asteroide gira casi a una velocidad crítica, la velocidad por encima de la cual comenzaría a desmoronarse, e incluso pequeños impactos podrían levantar guijarros de su superficie. Marchis y su equipo creen que esos guijarros podrían haber formado posteriormente a AlexHelios y a CleoSelene, lo que significa que Cleopatra realmente puede haber dado a luz a sus propias lunas.

Las nuevas imágenes de Cleopatra y los conocimientos que proporcionan han sido posibles gracias a uno de los avanzados sistemas de óptica adaptativa en uso en el VLT, que se encuentra en el desierto de Atacama, en Chile. La óptica adaptativa ayuda a corregir las distorsiones causadas por la atmósfera de la Tierra que hacen que los objetos aparezcan borrosos (el mismo efecto que hace que las estrellas, vistas desde la Tierra, titilen). Gracias a estas correcciones, SPHERE pudo obtener imágenes de Cleopatra, ubicada a 200 millones de kilómetros de distancia de la Tierra en su punto más cercano, a pesar de que su tamaño aparente en el cielo es equivalente al de una pelota de golf a unos 40 kilómetros de distancia.

El próximo Telescopio Extremadamente Grande (ELT) de ESO, con sus avanzados sistemas de óptica adaptativa, será ideal para obtener imágenes de asteroides distantes como Cleopatra. «Estoy ansioso por poder apuntar el ELT hacia Cleopatra para ver si hay más lunas, refinar sus órbitas y detectar pequeños cambios», agrega Marchis.

Los dos estudios, publicados en Astronomy & Astrophysics, se titulan “(216) Kleopatra, a low density critically rotating M-type asteroid” y “An advanced multipole model for (216) Kleopatra triple system”. (Fuente: ESO. CC BY 4.0)