Trojans in our Solar System


In 1772 Lagrange identified five points of stability between three bodies: the Sun, a planet, and a small object. In this context, stability refers to the fact that at these points the small object will be equally attracted by the two bodies, with the same intensity. The objects (asteroids) share the same orbit as the planet are called Trojans, and are located in two stable Lagrange points, called L4 and L5, where: L4, is 60º in front of the planet and L5, 60º behind it. 

According to Lagrange, large amounts of dust and asteroids (the size of meters to kilometers) should accumulate at these points around Jupiter, and such asteroids were first observed in 1906. With the advance of technology and new observations, hundreds of Trojans have been identified in the Solar System. However, it is not yet very clear how these objects are formed or why it seems that there are more objects at one Lagrange point than at the other. Despite the existence of these equilibrium points, it is not clear how dust and rocks accumulate in those regions, nor what are the dynamics of their evolution.

Moreover, considering that the solar system formed from, the Solar System formed from a primordial disk that had a large gas(99%) and little dust (1%), the origin of the Trojans must be closely related to this gas-dust interaction.

To answer this question, an international group of astronomers, led by Matías Montesinos, research associate of the Max Planck Tandem Group and collaborator of the Núcleo Milenio de Formación Planetaria, NPF, theoretically studied this interaction, thus reconstructing the origin and remote past of the Trojans around a Jupiter-type planet.

Six of the eight authors of this work belong to the NPF. Besides Montesinos, Juan Garrido-Deutelmoser, postgraduate student; Johan Olofsson, associate researcher; Jorge Cuadra, associate researcher; Amelia Bayo, director of NPF; and Mario Sucerquia, postdoctoral researcher participated. The research was published in the prestigious scientific journal Astronomy & Astrophysics.

 “We modeled the evolution of a protoplanetary disk through hydrodynamic simulations, taking into account the interactions of a Jupiter-type planet with the gas and dust content of the disk. In addition, we considered an energy equation, in which the gas is heated by the star, and cooled gradually as it radiates, allowing us to model more realistically the thermodynamics and dynamics of the process,” explains Montesinos.

The researchers concluded that the dust does indeed accumulatein the Lagrangian points, which occurs in a short period of time. In about 10,000 years, dust should accumulate at L4 and L5, in an amount approximately equal to a few moon masses. This dust is accumulated by the gravitational interaction between Jupiter and the primordial gas of the protoplanetary disk. 

“We also notice certain peculiarities in the final formation of the Trojans. For example, we discovered a natural asymmetry where L5 accumulates more mass than L4 (mass than L4, which was an unexpected result). In addition, we found that the dust reservoir for the assembly of a Trojan is only in the same orbital region of the planet. That is, the Trojans “trapped” in a Lagrangian point do not come from regions far from the planet (e.g., the outer edges of the disk), but from zones co-rotating with it, in the same orbit as the planet“, indicates Montesinos. The astrophysicist adds that this means, for example, that these Trojans would share the chemical composition of the planet they accompany, at least to the first order.

Amelia Bayo, who is also an academic in the Instituto de Física y Astronomía at Universidad de Valparaíso, says that one of the things that she finds most interesting about the work is that it connects very directly the “world” of exoplanet research, with what we can see in other solar systems, with our solar system. “We know for example that there are many planetary systems that are super different from our solar system, but it seems that the accumulation of dust at these points and with these asymmetries should be a common feature of the planetary zoo,” she says.

Future work

An interesting point for researchers is to consider the interactions with other planets in the Solar System that could influence the formation of the Trojans.

“As future observational work, it would be interesting to try to detect these primordial Trojans in certain young systems. There are many disks around young stars, which resemble what the Solar System once was. In some of them, cavities, supposedly formed by planets, have been observed, but it has been very difficult to detect Trojans. Even though most of the planets, supposedly responsible for the opening of those cavities, have not yet been detected, , there should be two swarms of Trojans, one in front of the planet at L4, and another following behind at L5. Finding these two large accumulations of dust inside a cavity would be an indirect clue to the presence of a hidden planet in it,” concludes Matias Montesinos.

Link to the article

Fuente: Carol Rojas NPF

The IFA Astronomy talks are back now in online version and with sign language

Desde hace más de una década el Instituto de Física y Astronomía (IFA) está organizando charlas públicas mensuales sobre temas astronómicos, las cuales se dictaban los primeros lunes de cada mes, en el Centro de Extensión de la Universidad de Valparaíso.

La primera suspensión en la longeva historia de estos eventos ocurrió el 4 de noviembre del 2019, por el estallido social en Chile, pero un mes más tarde concluyó el ciclo 2019 con una charla del tema “Sorpresas en el Corazón de Plutón” por él Dr. Jorge Cuadra (PUC).

“Iniciando el año 2020, ya habíamos hecho planes de continuación durante el primer semestre, pero todo fue suspendido por la pandemia. Sin embargo, el IFA quiere continuar con las tradicionales charlas a pedido del público, esta vez, en versión online y permitir así un mejor acceso ”, señaló el organizador de este ciclo y profesor de Astronomía del IFA, Dr. Nikolaus Vogt. Asimismo destacó para este nuevo ciclo se contará con intérprete en lengua de señas chilenas gracias al financiamiento de Breaking the Barriers de SOCHIAS.

Para comenzar tendremos con un evento especial, organizado en conjunto entre el IFA, la Agrupación Astronómica Aconcagua (AAA) y la I. Municipalidad de Calle Larga. Cada expositor(a) de estas instituciones presentará al público los avances más importantes y planes futuros en varios proyectos, con énfasis en el telescopio Bochum de la UV y el Planetario de la Municipalidad, apoyado por fotografías y material audiovisual. Al final de la charla se dará el espacio para que el público realice preguntas en directo a los expositores.

En el mes de noviembre continuará el programa con dos charlas más, ambas relacionadas al eclipse del Sol, que tendrá lugar el 14 de diciembre y que podrá ser observado como eclipse total en el Sur de Chile.

Aquí el programa:

Lunes, 5 de octubre de 2020 – 19:00 hrs
Astronomía en la Región de Valparaíso: Presente y futuro

Expositores:
Dra. Maja Vučković (profesora del IFA)
Yerko Chacón (presidente de la AAA)
Nelson Venegas (alcalde de la I. Municipalidad Calle Larga)


Resumen: Se presentarán algunos detalles sobre el proceso de la modernización del “Telescopio Bochum” de la UV en Pocuro (comuna Calle Larga), que pronto permitirá observaciones tanto presenciales como a control remoto para la investigación científica y la docencia IFA. Este sistema moderno se aplicará también en actividades diversas de la divulgación astronómica, permitiendo un acceso on-line ocasional al telescopio para estudiantes escolares seleccionados según su interés particular en la astronomía. El telescopio se usará también en sesiones públicas presenciales de observación nocturna, a cargo de la Agrupación Astronómica Aconcagua (AAA), haciendo posible la observación directa de planetas, cometas, cúmulos estelares, nebulosas y galaxias entre otros al público interesado. Finalmente, se informará sobre los adelantos presentes y los planes futuros en referencia al planetario actualmente en construcción en el Parque Cultural Pedro Aguirre Cerda. El observatorio astronómico y el planetario son muy importantes en el futuro desarrollo de la I. Municipalidad Calle Larga, ofreciendo oportunidades únicas de educación científica y así nutrir el pensamiento científico de la comunidad local, lo que sería un verdadero nicho en comparación con otras comunas similares de Chile.

Enlace Canal YouTube Aquí

Lunes, 2 de noviembre de 2020 – 19:00 hrs
El eclipse total de Sol en Chile
Expositor:
Dr. Michel Curé, IFA – UV

Lunes, 30 de noviembre de 2020 – 19:00 hrs
Eclipse solar: cómo ver la luz sin quedar en oscuridad
Expositor: Dr. Martin Hoehmann, Jefe Cátedra de Oftalmología, Escuela de Medicina – UV

IFA researchers refer to the impact of the James Webb telescope

Revolucionarios aportes brindará el telescopio James Webb (JWST) que se lanzará en octubre del 2021 al espacio y que tendrá un tremendo impacto para la investigación que desarrollan los y las astrónomas en el Instituto de Física y Astronomía (IFA) de la Universidad de Valparaíso.

25 años tardó en estar listo este observatorio espacial desarrollado por 17 países que está siendo construido y operado conjuntamente por la NASA, la Agencia Espacial Europea y la Agencia Espacial Canadiense, para sustituir los telescopios Hubble y Spitzer.

El astrónomo del Instituto de Física y Astronomía (IFA) , Dr. Eduardo Ibar se refirió a esta importante noticia publicada por varios medios de comunicación los últimos días : “No estará orbitando a la Tierra, sino que estará a 1.5 millones de kilómetros, en una posición que le llamamos el Lagrangiano-2, ubicado  “detrás de la Tierra” en la proyección de la línea que une el Sol y la Tierra, precisó.

Ibar advierte que : “Esto lo pone en una tremenda desventaja, ya que si por algún motivo la óptica no está alineada, como sucedió con el telescopio espacial Hubble no hay forma de enviar astronautas a repararlo, además, la envergadura del telescopio de 6.5 metros de diámetro no permite lanzarlo en forma desplegada, es decir , que necesitará desplegarse en el espacio, añadiendo riesgos que deben ser controlados a la perfección ”

Las observaciones astronómicas del JWST permitirán tener una mirada única para explorar los comienzos del Universo, las cuales en combinación con los telescopios terrestres ubicados en el norte de Chile revolucionarán, entre otros, nuestro entendimiento de cómo se formaron y evolucionaron las galaxias. 

Por su parte, la docente del IFA y directora del Núcleo Milenio de Formación Planetaria (NPF) Dra. Amelia Bayo, comenta que con respecto a la formación estelar y planetaria, y, también para el estudio de exoplanetas, el James Webb supone un avance “astronómico” en precisión con respecto a sus “predecesores”, el telescopio SPITZER en el infrarrojo medio, y el Hubble en el infrarrojo cercano.

James Webb va a permitir analizar con un detalle exquisito las atmósferas de planetas que orbitan otras estrellas. La técnica que se ocupará para esto es la espectroscopía infrarroja, que permitirá conocer aspectos químicos inaccesibles hasta ahora de estos mundos extrasolares.

En un “paso astronómico anterior”, es decir, respecto de los discos en los que se forman estos exoplanetas, James Webb permitirá comparar las propiedades del polvo y gas de estos discos que alimentan a los protoplanetas, alcanzando objetos de una de nuestras galaxias vecinas, la Gran Nube de Magallanes, y, por primera vez, comenzar a entender semejanzas y diferencias en los procesos de formación planetaria entre distintas galaxias, concluyó Amelia Bayo.