¿Por qué no podemos observar la nube de Oort con un telescopio?

La resolución angular del telescopio realmente no tiene una relación directa con nuestra capacidad para detectar objetos de la nube de Oort más allá de cómo esa resolución angular afecta la profundidad a la que se puede detectar la luz de los objetos débiles. Cualquier telescopio puede detectar estrellas, aunque sus discos reales estén mucho más allá de la resolución angular del telescopio.

La detección de objetos de la nube de Oort es simplemente una cuestión de detectar la luz reflejada (no resuelta) exactamente de la misma manera que se detecta una estrella débil (no resuelta). La confirmación de la naturaleza de la nube de Oort del objeto vendría luego de observar a intervalos durante un año más o menos y obtener una muy grande ($>2$segundos de arco) paralaje.

La pregunta es ¿qué tan profundo necesitas ir? Podemos hacer esto de dos maneras (i) un cálculo de la parte posterior del sobre suponiendo que el objeto refleja la luz del Sol con algo de albedo. (ii) Escalar el brillo de los cometas cuando están distantes del Sol.

(i) La luminosidad del Sol es$L=3.83\times10^{26}\ W$. Sea la distancia a la nube de Oort$D$y el radio del objeto Oort (supuestamente esférico) sea$R$. La luz del Sol que incide sobre el objeto es$\pi R^2 L/4\pi D^2$. Si ahora suponemos que una fracción$f$de esto se refleja uniformemente en un$2\pi$ángulo sólido. Este último punto es una aproximación, la luz no se reflejará isotrópicamente, pero representará un promedio sobre cualquier ángulo de visión.

Con una buena aproximación, como$D \gg 1$au, podemos suponer que la distancia desde el objeto de Oort a la Tierra también es$D$. Por lo tanto, el flujo de luz recibido en la Tierra es

Poniendo algunos números, vamos$R=10$km y dejar$D= 10,000$au. El material cometario tiene un albedo muy bajo, pero seamos generosos y asumamos$f=0.1$.

Para convertir esto en una magnitud, suponga que la luz reflejada tiene el mismo espectro que la luz solar. El Sol tiene una magnitud visual aparente de -26,74, correspondiente a un flujo en la Tierra de$1.4\times10^{3}\ Wm^{-2}$. Al convertir la relación de flujo en una diferencia de magnitud, encontramos que la magnitud aparente de nuestro objeto Oort fiduciario es 52,4 .

(ii) El cometa Halley es similar (10 km de radio, bajo albedo) al objeto fiduciario Oort considerado anteriormente. El cometa Halley fue observado por el VLT en 2003 con una magnitud de 28,2 y a una distancia de 28 au del Sol. Ahora podemos simplemente escalar esta magnitud, pero escala como distancia a la potencia de cuatro , porque la luz debe recibirse y luego la vemos reflejada. Así, a 10 000 au, Halley tendría una magnitud de$28.2 - 2.5 \log (28/10^{4})= 53.7$, en acuerdo razonable con mi otra estimación. (Dicho sea de paso, mi fórmula cruda en (i) anterior sugiere una$f=0.1$,$R=10\ km$cometa en 28 au tendría una magnitud de 26,9. Dado que Halley probablemente tiene una menor$f$esta es una consistencia excelente.)

La observación de Halley por el VLT representa el pináculo de lo que es posible con los telescopios de hoy. Incluso el campo ultraprofundo profundo del Hubble solo alcanzó magnitudes visuales de alrededor de 29. ¡Por lo tanto, un gran objeto de la nube de Oort permanece más de 20 magnitudes por debajo de este umbral de detección!

La forma más factible de detectar objetos de Oort es cuando ocultan estrellas de fondo. Ofek & Naker 2010 discuten las posibilidades de esto en el contexto de la precisión fotométrica proporcionada por Kepler. La tasa de ocultaciones (que por supuesto son eventos únicos e irrepetibles) se calculó entre cero y 100 en toda la misión Kepler, dependiendo del tamaño y la distribución de la distancia de los objetos Oort. Hasta donde yo sé, nada ha resultado de esto (todavía).

Tuve una conversación con un estudiante de doctorado europeo que planea intentar encontrar objetos de la nube de Oort en los datos del telescopio espacial Gaia. Esto podría ser posible gracias a los eventos de microlente cuando un objeto Oort transita (cerca) de una estrella de fondo y aumenta relativistamente la luz de la estrella por un momento.

El mejor de los casos es que en unos pocos años tendremos un mapa de un número estadísticamente útil de objetos de la nube de Oort. Suficiente para afirmar que lo hemos "visto".

En pocas palabras, se debe a que los objetos que componen la Nube de Oort, restos de la formación de nuestro sol, son demasiado pequeños y demasiado débiles para que los detectemos. Son débiles debido a su gran distancia. Hay una absorción mínima de la luz del sol y se refleja aún menos. Se refleja tan poca luz que ni siquiera nuestros telescopios más avanzados pueden ver nada.