Astrometria, efemérides e ocultações estelares de satélites irregulares e corpos do sistema solar exterior

The study of outer Solar System bodies like trans-Neptunian objects (TNOs), Centaurs and Irregular Satellites (relatively unaltered remnants from the early Solar System) helps us to understand the formation and evolution of the Solar System. Only a few spacecrafts were sent to explore these regions and much of the still relatively small knowledge about their characteristics were acquired from ground-based observations and from space telescopes. Nowadays, it’s accepted that TNOs and Centaurs have been formed at a inner region of the Solar System and that part of this population was captured by the giant planets during the planetary migration, originating their irregular satellites. What is left to know is how and when. In order to help answering these questions it is necessary to characterize their physical parameters. One of the best techniques to characterize size, shape, density, atmosphere, rings, etc, it is the stellar occultation technique. This work presents the analysis of two stellar occultations by Ceres, the work on stellar occultations by TNOs and Centaurs developed by our group in collaboration with foreign researchers, the astrometry, ephemeris production and stellar occultation prediction by irregular satellites, the first stellar occultation by an irregular satellite (Phoebe) ever observed, the astrometry of the Neptune- Triton system and the prediction work of the recent successfully stellar occultation by Triton at October 05, 2017. During an 1-year stay at the Observatoire de Paris during my PhD, I developed, under the supervision of Dr. Valéry Lainey, an independent code of numerical integration of orbits of planetary satellites intended to ephemeris generation. This code allows our group to be more independent, because nowadays this is developed only by french and american groups. All of the phases of a stellar occultation were studied: observations of objects, astrometry, numerical modeling of orbits, stellar occultation predictions, prediction updates, observations of occultation, photometric analysis of light curves and fit of the immersion and emersion instants to the shape of objects, including 3D numerical models available in the literature. All these steps prepare us for the big campaign of stellar occultations by irregular satellites of Saturn predicted for 2018 and of Jupiter predicted for 2019-2020, when these planets will cross the apparent Galatic plane on sky.O estudo de corpos do Sistema Solar exterior como objetos trans-Netunianos (TNOs), Centauros e Satélites Irregulares (remanescentes relativamente inalterados da formação do Sistema Solar) nos ajudam a compreender a formação e evolução do Sistema Solar. Poucas foram as sondas enviadas para explorar essas regiões e muito do ainda relativamente pouco conhecimento sobre seus constituintes foram adquiridos a partir de observações de solo e de telescópios espaciais. Atualmente, é aceito que TNOs e Centauros tenham sido formados nas partes mais internas do Sistema Solar e que parte dessa população tenha sido capturada pelos planetas gigantes durante a migração planetária, dando origem aos seus satélites irregulares. Resta saber quando e como. Para ajudar a responder essas perguntas é necessário caracterizar seus parâmetros físicos. Um dos métodos mais robustos para caracterizar tamanho, forma, densidade, atmosfera, anéis, etc, é a ocultação estelar. Este trabalho apresenta a análise de duas ocultações por Cere,o trabalho de ocultações por TNOs e Centauros desenvolvido pelo nosso grupo em colaboração com pesquisadores internacionais, a astrometria, produção de efemérides e predição de ocultações por satélites irregulares, a primeira ocultação por satélite irregular (Febe) já observada, a astrometria do sistema Netuno-Tritão e os trabalhos de predição da recente e bem sucedida ocultação estelar de Tritão em 05 de Outubro de 2017. Além disso, durante o doutorado sanduíche no Observatoire de Paris, foi desenvolvido, sob a supervisão do Dr. Valéry Lainey, um código independente de integração numérica das órbitas de satélites planetários voltado para geração de efemérides. Esse código permite uma maior independência do grupo, uma vez que atualmente ele só é desenvolvido por grupos americanos e franceses. Todas as etapas de uma ocultação estelar foram trabalhadas: observação dos objetos, astrometria, modelagem numérica das órbitas, predição de ocultações, atualização de predição, observação de ocultações, análise fotométrica das curvas de luz e ajuste dos instantes de imersão e emersão à forma do objeto, incluindo modelos 3D numéricos disponíveis na literatura. Esse conjunto prepara o terreno para uma grande campanha de ocultações por satélites irregulares de Saturno prevista para 2018 e de Júpiter para 2019-2020, período no qual estes planetas atravessam o plano da Galáxia em sua trajetória aparente no céu

Astrometria de satélites irregulares de Júpiter e Saturno

O estudo da estrutura e evolução do Sistema Solar tem muita importância atualmente, por exemplo, na compreensão dos mecanismos de formação dos planetas trazendo em seus desdobramentos valiosas informações quanto a viabilidade de formação de ambientes que comportem vida. Praticamente cada satélite é um problema particular de Mecânica Celeste. Dessa forma, a observação de seus movimentos é muito útil por razões teóricas. A preparação e realização de missões espaciais para alguns satélites requer observações frequentes e posições muito acuradas. Os satélites irregulares de planetas gigantes, principalmente de Júpiter e de Saturno, são substancialmente menores do que os satélites regulares e possuem forma irregular com órbitas mais distantes, excêntricas e retrógradas. Explicar a existência dos satélites irregulares dos planetas gigantes é um estudo interessante em dinâmica orbital. É amplamente aceito que eles, devido à configuração orbital, foram capturados por seus planetas. Existem várias hipóteses para a permanência destes satélites, sendo a mais aceita a do arrasto gasoso durante a fase de formação desses sistemas planetários. A compreensão dos mecanismos de captura dos satélites irregulares nos fará entender melhor o nosso próprio sistema solar e, possivelmente, de sistemas extra-solares. Com o pacote astrométrico PRAIA o tempo empregado na redução de grandes quantidades de imagens foi diminuído significativamente. Os objetivos científicos dos nossos programas observacionais agora tem sido atingidos em curtíssimo prazo, em consonância com a atual demanda astronômica e astrofísica de nossa área. Em uma base de dados com 24 mil imagens obtidas entre 1998 e 2008 no telescópio de 1,20m (1m20) do Observatoire de Haute Province, França, mais de 3 mil contêm satélites irregulares de Júpiter e Saturno. Reduzir essa grande quantidade de observações com precisão só foi possível com a utilização do PRAIA. Como é possível ver nos resultados obtidos, os o sets de posição refletem o erro natural da astrometria e o erro das efemérides dos satélites mais fracos, e sugerem que estamos contribuindo para melhorar as efemérides - objetivo deste trabalho

Refined physical parameters for Chariklo's body and rings from stellar occultations observed between 2013 and 2020

Context. The Centaur (10199) Chariklo has the first ring system discovered around a small object. It was first observed using stellar occultation in 2013. Stellar occultations allow sizes and shapes to be determined with kilometre accuracy, and provide the characteristics of the occulting object and its vicinity. Aims. Using stellar occultations observed between 2017 and 2020, our aim is to constrain the physical parameters of Chariklo and its rings. We also determine the structure of the rings, and obtain precise astrometrical positions of Chariklo. Methods. We predicted and organised several observational campaigns of stellar occultations by Chariklo. Occultation light curves were measured from the datasets, from which ingress and egress times, and the ring widths and opacity values were obtained. These measurements, combined with results from previous works, allow us to obtain significant constraints on Chariklo's shape and ring structure. Results. We characterise Chariklo's ring system (C1R and C2R), and obtain radii and pole orientations that are consistent with, but more accurate than, results from previous occultations. We confirm the detection of W-shaped structures within C1R and an evident variation in radial width. The observed width ranges between 4.8 and 9.1 km with a mean value of 6.5 km. One dual observation (visible and red) does not reveal any differences in the C1R opacity profiles, indicating a ring particle size larger than a few microns. The C1R ring eccentricity is found to be smaller than 0.022 (3σ), and its width variations may indicate an eccentricity higher than ~0.005. We fit a tri-axial shape to Chariklo's detections over 11 occultations, and determine that Chariklo is consistent with an ellipsoid with semi-axes of 143.8-1.5+1.4, 135.2-2.8+1.4, and 99.1-2.7+5.4 km. Ultimately, we provided seven astrometric positions at a milliarcsecond accuracy level, based on Gaia EDR3, and use it to improve Chariklo's ephemeris.Fil: Morgado, B.E.. Centre National de la Recherche Scientifique. Observatoire de Paris; Francia. Ministério de Ciencia, Tecnologia e Innovacao. Observatorio Nacional; BrasilFil: Sicardy, Bruno. Centre National de la Recherche Scientifique. Observatoire de Paris; FranciaFil: Braga Ribas, Felipe. Ministério de Ciencia, Tecnologia e Innovacao. Observatorio Nacional; Brasil. Centre National de la Recherche Scientifique. Observatoire de Paris; Francia. Universidade Tecnologia Federal do Parana; BrasilFil: Desmars, Josselin. Centre National de la Recherche Scientifique. Observatoire de Paris; FranciaFil: Gomes Júnior, Altair Ramos. Universidade de Sao Paulo; BrasilFil: Bérard, D.. Centre National de la Recherche Scientifique. Observatoire de Paris; FranciaFil: Leiva, Rodrigo. Universidad de Chile; Chile. Centre National de la Recherche Scientifique. Observatoire de Paris; FranciaFil: Vieira Martins, Roberto. Ministério de Ciencia, Tecnologia e Innovacao. Observatorio Nacional; Brasil. Universidade Federal do Rio de Janeiro; BrasilFil: Benedetti Rossi, G.. Centre National de la Recherche Scientifique. Observatoire de Paris; Francia. Universidade Federal de Sao Paulo; BrasilFil: Santos Sanz, Pablo. Ministério de Ciencia, Tecnologia e Innovacao. Observatorio Nacional; BrasilFil: Camargo, Julio Ignacio Bueno. Ministério de Ciencia, Tecnologia e Innovacao. Observatorio Nacional; BrasilFil: Duffard, R.. Universidade Federal do Rio de Janeiro; BrasilFil: Rommel, F.L.. Ministério de Ciencia, Tecnologia e Innovacao. Observatorio Nacional; BrasilFil: Assafin, M.. Centre National de la Recherche Scientifique. Observatoire de Paris; FranciaFil: Boufleur, R.C.. Universidad Nacional de Córdoba; ArgentinaFil: Colas, F.. Ministério de Ciencia, Tecnologia e Innovacao. Observatorio Nacional; BrasilFil: Kretlow, Mike. Ministério de Ciencia, Tecnologia e Innovacao. Observatorio Nacional; BrasilFil: Beisker, W.. University of North Carolina; Estados UnidosFil: Sfair, Rafael. Centre National de la Recherche Scientifique. Observatoire de Paris; FranciaFil: Snodgrass, Colin. University of Edinburgh; Reino UnidoFil: Morales, N.. Pontificia Universidad Católica de Chile; Chile. Universidad Católica de Chile; ChileFil: Fernández Valenzuela, E.. Pontificia Universidad Católica de Chile; Chile. Universidad Católica de Chile; ChileFil: Amaral, L.S.. Massachusetts Institute of Technology; Estados UnidosFil: Amarante, A.. Ministério de Ciencia, Tecnologia e Innovacao. Observatorio Nacional; BrasilFil: Artola, R.A.. Centre National de la Recherche Scientifique. Observatoire de Paris; FranciaFil: Backes, M.. Universidad Nacional de Córdoba; ArgentinaFil: Bath, K. L.. University of North Carolina; Estados UnidosFil: Bouley, S.. University of St. Andrews; Reino UnidoFil: Garcia Lambas, Diego Rodolfo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Astronomía Teórica y Experimental. Universidad Nacional de Córdoba. Observatorio Astronómico de Córdoba. Instituto de Astronomía Teórica y Experimental; ArgentinaFil: Schneiter, Ernesto Matías. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Departamento de Ingeniería Económica y Legal; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Astronomía Teórica y Experimental. Universidad Nacional de Córdoba. Observatorio Astronómico de Córdoba. Instituto de Astronomía Teórica y Experimental; Argentin

A stellar occultation by the transneptunian object (50000) Quaoar observed by CHEOPS

Context. Stellar occultation is a powerful technique that allows the determination of some physical parameters of the occulting object. The result depends on the photometric accuracy, the temporal resolution, and the number of chords obtained. Space telescopes can achieve high photometric accuracy as they are not affected by atmospheric scintillation. Aims. Using ESA’s CHEOPS space telescope, we observed a stellar occultation by the transneptunian object (50000) Quaoar. We compare the obtained chord with previous occultations by this object and determine its astrometry with sub-milliarcsecond precision. Also, we determine upper limits to the presence of a global methane atmosphere on the occulting body. Methods. We predicted and observed a stellar occultation by Quaoar using the CHEOPS space telescope. We measured the occultation light curve from this dataset and determined the dis- and reappearance of the star behind the occulting body. Furthermore, a ground-based telescope in Australia was used to constrain Quaoar’s limb. Combined with results from previous works, these measurements allowed us to obtain a precise position of Quaoar at the occultation time. Results. We present the results obtained from the first stellar occultation by a transneptunian object using a space telescope orbiting Earth; it was the occultation by Quaoar observed on 2020 June 11. We used the CHEOPS light curve to obtain a surface pressure upper limit of 85 nbar for the detection of a global methane atmosphere. Also, combining this observation with a ground-based observation, we fitted Quaoar’s limb to determine its astrometric position with an uncertainty below 1.0 mas. Conclusions. This observation is the first of its kind, and it shall be considered as a proof of concept of stellar occultation observations of transneptunian objects with space telescopes orbiting Earth. Moreover, it shows significant prospects for the James Webb Space Telescope.ISSN:0004-6361ISSN:1432-074

Physical properties of the cubewano 19521 Chaos from a multi-chord stellar occultation

Trans-Neptunian Objects (TNOs) have had an increasing interest since the discovery of (15760) Albion in 1992. These objects are considered remnants of the Solar System formation, and can thus provide clues about its origin and evolution. One of the best techniques to study TNOs from ground-based telescopes are stellar occultations which, if combined with photometric data, permit to obtain physical properties of the TNO such as its size, shape, and albedo. With this in mind, we predicted, observed, and analyzed the stellar occultation of the Gaia source 3444789965847631104 caused by the cubewano (19521) Chaos on the 20th of November 2020. The prediction was part of the searching program carried out by the Lucky Star project collaboration. We observed the object with the 1.23-m telescope at Calar Alto Observatory (Almería, Spain) two days before the event to update the prediction. The occultation observing campaign involved 19 observing stations, both professional and amateur, and resulted in three positive detections and 11 negative detections. Five teams could not observe due to bad weather. We fitted the positive chords' extremities to an ellipse to derive Chaos' projected size and shape and determine its geometric albedo. The preliminary area-equivalent diameter obtained is slightly smaller than the one derived with Herschel thermal data. However, we are still analyzing photometric data to complement and improve these results