Brian May, guitarrista de Queen, estudia el origen de los asteroides.

El astrofísico y guitarrista de Queen, Brian May, se ha sumado a un equipo de investigadores de asteroides para estudiar las asombrosas similitudes y una enigmática diferencia entre dos objetos explorados por sondas espaciales. Con la ayuda de superordenadores, los científicos crearon un “club de la lucha” con el que simularon grandes colisiones para estudiar el posible origen de los asteroides. Su trabajo aparece publicado en la revista Nature Communications.

Brian May, astrofísico y Rockstar. Hera es una misión candidata de la ESA que será la primera investigación de la humanidad en encontrarse con un sistema de asteroides binarios, Didymos. En el video Hera: Misión Planetaria de Defensa de la ESA, de la cual se toma esta captura de pantalla, el guitarrista de Queen Brian May cuenta la historia detrás de esta ambiciosa misión. Crédito: ESA - Oficina de Ciencias

Tanto el asteroide Bennu, de 525 m de diámetro y visitado por la sonda OSIRIS-REx de la NASA, como el asteroide Ryugu, estudiado por la sonda japonesa Hayabusa2, tienen la misma forma de peonza y densidades de materiales similares. Sin embargo, contienen distinta cantidad de agua, como revela el mapeo espectral de materiales hidratados. Ryugu parece presentar una hidratación débil en comparación con Bennu, a pesar de ser comparativamente joven en términos de asteroides, pues se calcula que solo alcanza los 100 millones de años de antigüedad.

“Las formas de los asteroides y su nivel de hidratación pueden servir para rastrear su origen e historia”, afirma Brian May, coautor del estudio.

Un misterio con forma de peonza.

Tanto el asteroide Bennu de 525 m de diámetro visitado por el OSIRIS-REx de la NASA como el asteroide Ryugu de 1 km de diámetro alcanzado por el Hayabusa2 de Japón poseen la misma forma distinta de trompo y densidades de material similares. Sin embargo, el par contiene diferentes cantidades de agua, como se revela en el mapeo espectral de materiales hidratados. Ryugu parece débilmente hidratado en comparación con Bennu, a pesar de ser un joven comparativo en términos de asteroides, estimado en apenas 100 millones de años. Crédito: ESA

El estudio ha sido dirigido por Patrick Michel, director de investigación del Observatorio de la Costa Azul del CNRS francés y científico principal de la misión de defensa planetaria Hera de la ESA. Según señala, esta investigación también tiene relevancia para Hera, que explorará el sistema binario de asteroides Didymos una vez que la nave DART de la NASA desvíe al más pequeño de los dos objetos.

“Esta forma de peonza de Benny y Ryugu, incluyendo su pronunciado abultamiento en el ecuador, también la presentan muchos otros asteroides, como el principal objeto del sistema Didymos, de 780 m de diámetro”, explica Patrick.

“Una de las hipótesis más extendidas sugiere que su alta velocidad de giro provocó que la forma haya ido cambiando con el tiempo por acción de la fuerza centrífuga, que habría hecho que el material se desplazara de los polos al ecuador. Esta velocidad de giro se podría haber acelerado debido al calentamiento gradual causado por la luz solar. Este efecto, que se conoce como Yarkovsky-O'Keefe-Radzievskii-Paddack (YORP), debe su nombre a cuatro investigadores de asteroides.

DART de la NASA impactando contra un asteroide. La misión de prueba de redireccionamiento de doble asteroide de la NASA, DART, tiene como objetivo colisionar con el más pequeño de los dos cuerpos del sistema de asteroides binarios Didymos en el otoño de 2022. La misión Hera de la ESA realizará observaciones de seguimiento posteriores al impacto. Crédito: ESA.

“En el caso de Didymos, esto podría explicar el origen de la luna menor de Didymos A, formada a partir de material desgajado del ecuador durante su rápido movimiento. En el de Bennu y Ryugu, sin embargo, hay un problema: la observación de cerca por parte de sus respectivas sondas ha revelado la existencia de grandes cráteres en las crestas ecuatoriales, lo que indica que estos abultamientos se formaron en fases muy tempranas de su historia”.

Como explica Ron Ballouz, del Laboratorio Lunar y Planetario de la Universidad de Arizona y coautor principal del estudio: “Estas propiedades: forma, densidad, mayores o menores niveles de hidratación, ¿son consecuencia de la evolución de estos objetos una vez formados  o más bien el resultado inmediato de su formación?”.

Viajar al pasado con simulaciones por superordenador.

Las simulaciones de asteroides del "club de lucha" se realizaron utilizando el grupo de supercomputadoras Bluecrab operado por el Centro de Computación de Investigación Avanzada de Maryland, a través de la Universidad Johns Hopkins y la Universidad de Maryland. Crédito: Universidad de Maryland.

Para poder observar el pasado, los investigadores ejecutaron simulaciones numéricas de colisiones de asteroides en la categoría de 100 km. Estas colisiones liberaban innumerables fragmentos que volvían a agruparse formando agregados, proceso según el cual se cree que se habrían formado la mayoría de los asteroides de más de 200 m.

Las simulaciones se ejecutaron utilizando la agrupación de superordenadores Bluecrab, operada por el Centro de Computación de Investigación Avanzada de Maryland (MARCC) a través de la Universidad Johns Hopkins y la Universidad de Maryland.

Fragmentos de asteroides re-acumulados. Instantáneas de simulación de fragmentos en pasos de tiempo 1 minuto, 0,75 horas, 2 horas y 5 horas después de la colisión de asteroides. El primer panel muestra la distribución inmediata de las partículas que se acumulan para formar el agregado final giratorio final demostrado en el último panel. Crédito: Brian May y Claudia Manzoni.

“Las simulaciones fueron muy intensas para los superordenadores y se prolongaron durante varios meses —añade Patrick Michel—. Lo más difícil fue simular el proceso de reacumulación, con la codificación detallada del contacto entre partículas, incluyendo su rodaje, deslizamiento y fricción de cizallamiento. También consideramos el nivel de calentamiento de los fragmentos tras el impacto para determinar su nivel de hidratación”.

“Lo que descubrimos fue que, aunque el proceso de reacumulación da lugar a distintas formas, hay cierta tendencia hacia la de peonza, debido a que el material agregado puede capturarse en un disco central para ir formando una peonza o, como mínimo, un esferoide reacumulado. Después, este esferoide puede girar por el efecto YORP hasta formar un abultamiento ecuatorial en un plazo breve en términos de asteroides, de menos de un millón de años, lo que explicaría qué vemos en Benny y Ryugu”.

Didymos y Didymoon. Con su misión propuesta de Hera, la ESA espera visitar el doble asteroide Didymos. Se cree que alrededor del 15% de los asteroides son sistemas de asteroides dobles (o triples). Algunos de estos se han descubierto a través de sus curvas de luz o estudios de radar, pero también se han realizado descubrimientos paralelos en el suelo, con cráteres de impacto 'doblete' causados ​​por impactos binarios, como los cráteres adyacentes Nördlinger Ries y Steinheim en Baviera, Alemania, a lo largo de con otros vistos en Marte y Venus. Se ha demostrado que la formación de lunas de asteroides es un resultado natural de grandes interrupciones de asteroides, durante las cuales algunos fragmentos son expulsados ​​y permanecen unidos. Muchos de estos cuerpos tienen una composición de "pila de escombros". Esto ha inspirado una teoría de que los aumentos graduales en su rotación debido al calentamiento de la luz solar en realidad podrían conducir a que la materia sea arrojada al espacio por la fuerza centrífuga, quedando parte de ella unida al cuerpo central y formando una "luna". Debido a las masas y las gravedades relativamente pequeñas de los cuerpos involucrados, los asteroides más pequeños orbitan a sus padres a una velocidad relativamente baja, menos de un metro por segundo. Esto abrió la posibilidad de que sea factible cambiar la órbita de una de estas lunas de asteroides de una manera medible, algo que no sería posible de forma tan precisa con un asteroide solitario en una órbita solar que se mueve mucho más rápidamente. Hera aprovechará esta opción para tratar de averiguar si los asteroides pueden desviarse si representan un riesgo para la Tierra. La impresión de este artista está tomada del vídeo Hera: Misión de Defensa Planetaria de la ESA. Crédito: ESA - Oficina de Ciencias.

El equipo también descubrió que los niveles finales de hidratación pueden variar significativamente entre los agregados formados por la disrupción de un objeto inicial. Brian May trabajó con Claudia Manzoni, de London Stereoscopic Company, para producir imágenes de estereograma 3D del momento inmediato tras los impactos, lo que reveló que los fragmentos individuales muestran una gran variabilidad en los niveles de calentamiento y, en consecuencia, también en los niveles de hidratación.

“Así, durante una colisión, es posible que se forme un agregado como Bennu, que experimentó poco calentamiento por impacto, y otro material con un nivel de calentamiento mayor, como Ryugu”, explica Brian May.

El árbol genealógico de los asteroides.

La misión Hayabusa2 de Japón al asteroide Ryugu. Crédito: JAXA.

Patrick Michael añade: “La conclusión es que Bennu y Ryugu podrían formar parte de la misma familia de asteroides y tener su origen en un único objeto, a pesar de que sus niveles de hidratación en la actualidad son muy distintos. Sabemos que proceden de la misma región del cinturón de asteroides, lo que aumentaría la probabilidad de un ancestro común, aunque solo saldremos de dudas cuando podamos analizar las muestras de los asteroides tras el regreso de Hayabusa2 y OSIRIS-REx”.

La participación de Brian May es fruto de sus actividades de investigación de asteroides, incluido su trabajo en los equipos científicos de Hayabusa2 y OSIRIS-REx, y a que es miembro del comité asesor del proyecto NEO-MAPP (Near-Earth Object Modelling and Payload for Protection), financiado por el programa Horizonte 2020 de la Comisión Europea.

Este mes, la ESA celebra el Día del Asteroide, reconocido por la ONU, para concienciar al mundo sobre los asteroides y su papel en la formación de nuestro sistema solar, cómo podemos utilizar sus recursos, cómo los asteroides pueden allanar el camino de la exploración futura y cómo podemos proteger nuestro planeta de su impacto. Para obtener más información y consultar toda la programación del mes, visita asteroidday.org

• Publicado en ESA el 4 de junio del 2020, enlace publicación.