La missió DART de la NASA capta amb alta resolució el sistema binari d’asteroides Didymos

Investigadors del CSIC participen en l’estudi sobre la geologia i l’origen d’aquest sistema binari d’asteroides propers a la Terra.
El treball, publicat en cinc articles de Nature Communications, conclou que la superfície de Didymos és entre 40 i 130 vegades més antiga que el seu satèl·lit Dimorphos.

Un equip internacional d’astrònoms, on participa l’Institut de Ciències de l’Espai (ICE-CSIC), l’Institut d’Astrofísica d’Andalusia (IAA-CSIC), tots dos del Consell Superior d’Investigacions Científiques (CSIC), i l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC), presenta les primeres imatges amb alta resolució de Didymos, un sistema binari d’asteroides proper a la Terra. Les imatges obtingudes amb les sondes DART i LICIAcube han permès als astrònoms inferir informació clau sobre la geologia i l’evolució del sistema d’asteroides. L’estudi amb participació del CSIC, organisme dependent del Ministeri de Ciència, Innovació i Universitats (MICIU), es publica avui en cinc articles en un número dedicat a aquest tema a Nature Communications.

Les observacions d’asteroides propers a la Terra (NEA, per les sigles en anglès) han demostrat que gran part d’ells existeixen com a sistemes binaris. Els astrònoms i les astrònomes han plantejat la teoria que aquests sistemes binaris es formen quan augmenta la velocitat de rotació d’un únic asteroide tipus pila de runes. Aquest expulsa restes, que a la vegada acaben formant un nou company. Aquest procés depèn de les propietats geofísiques de l’asteroide. Per tant, estudiar la forma i la morfologia de la superfície dels asteroides és clau per interpretar-ne l’evolució.

Gràcies a les observacions de proximitat del sistema Didymos -recollides per la missió DART de la NASA abans de col·lidir amb l’asteroide Dimorphos el 27 de setembre de 2022, així com les imatges recollides pel LICIACube Unit Key Explorer (LUKE) de l’Agència Espacial Italiana (ASI) just després de l’impacte-, l’equip ha tingut una oportunitat única d’observar de prop geològicament un sistema binari NEA a partir del qual podem inferir-ne les propietats geofísiques i ampliar la nostra comprensió sobre la seva formació. 

“A través d’aquesta anàlisi, hem pogut inferir les seves propietats geofísiques i ampliar la nostra comprensió sobre la naturalesa física d’aquests asteroides”, explica Juan Luis Rizos, investigador de l’IAA-CSIC i membre del Proximity Imaging Working Group de la missió DART, el paper del qual principal ha estat l’anàlisi i el modelatge fotomètric de les imatges capturades per la càmera DRACO de la sonda.

Per la seva part, l’’investigador de l’ICE-CSIC i de l’IEEC Josep M. Trigo-Rodríguez ha participat en l’anàlisi de les imatges de més resolució obtingudes per la càmera DRACO a bord de la nau DART. L’especialització de l’equip de l’ICE-CSIC en meteorits condrítics que formen aquests asteroides ha permès millorar la interpretació dels processos que hi van tenir lloc.

Estudi de l’origen geològic i evolució del sistema Didymos

Aquestes imatges revelen que Didymos és aplanat i presenta indicis d’ondulació al llarg del perímetre equatorial. Les seves regions polars són rugoses i contenen grans roques i cràters, mentre que prop de l’equador, la superfície de Didymos és llisa, amb poques roques grans i cràters. Dimorphos té una superfície coberta de roques, esquerdes i alguns cràters. Les superfícies de tots dos asteroides inclouen grans blocs que suggereixen que tots dos són de tipus pila de runes.

L’astrofísic Josep M. Trigo afirma: “Estudiant les imatges d’alta resolució proporcionades per la càmera de DART identifiquem la complexitat de la superfície de Dimorphos. La seva superfície està coberta per una infinitat de roques punxegudes i fragmentades per la seva exposició a l’espai, també subjecta a llargues esquerdes i lineaments que indiquen la deformació imposada per l’acció gravitatòria del seu company massiu. Aquests processos estan enterrant cràters d’impacte i estan canviant l’estructura de Dimorphos”.

L’estudi revela també que aquests asteroides potencialment perillosos comparteixen una naturalesa sorprenentment fràgil, exhibint cohesions superficials de menys d’1 pascal i una cohesió interior al voltant de 10 pascals. És un resultat sorprenent i desafiador, que exemplifica la complexitat d’explorar aquests cossos, en paraules de l’investigador de l’ICE-CSIC Josep M. Trigo: “Podem exemplificar aquests valors pensant en els esperats per a una pila gegant de roques esmolades recollides als Pirineus. Portar-les totes a l’espai en un gran sac, i després treure’l. Exacte: obtindràs una pila de roques enorme i esmicolable. No gaire diferent d’un castell volador de sorra mullada!”.

Observar els cràters de la superfície d’un asteroide ens pot revelar la seva edat i la seva història. A mesura que viatgen per l’espai, els asteroides xoquen amb altres asteroides. Les col·lisions petites produeixen cràters a la superfície de l’asteroide, mentre que una col·lisió més gran pot trencar-lo en trossos. Quan un asteroide es trenca, queda al descobert una nova superfície.

Les observacions van identificar 16 i 22 cràters plausibles a Didymos i Dimorphos, respectivament. En el cas de Didymos, la majoria dels cràters es troben a latituds més altes i els més grans tenen més de 160 metres de diàmetre i s’assemblen a àmplies depressions circulars que es troben en altres asteroides. Tots dos asteroides són cossos esculpits per grans impactes, molt fracturats.

Les anàlisis de la resistència de la superfície i del nombre de cràters van permetre a l’equip concloure que la superfície de Didymos és entre 40 i 130 vegades més antiga que el seu satèl·lit Dimorphos, amb edats superficials absolutes probables d’uns 12,5 milions d’anys per Didymos i 300.000 anys per a Dimorphos.

“Pensem que Dimorphos es va originar a partir de Didymos a causa d’un augment en la seva rotació causat per la interacció amb la radiació solar”, explica Rizos. “La baixa cohesió dels materials va permetre que l’objecte es deformés a mesura que la seva rotació s’accelerava, fins que, en assolir certa velocitat, part del material del cos progenitor es va esqueixar i va formar la lluna Dimorphos. Aquest fenomen es coneix com a fissió rotacional”, conclou l’investigador.

Una implicació interessant de l’estudi és que l’edat superficial estimada inferida per a Didymos és substancialment més jove que l’edat determinada per a la seva família d’asteroides més plausible, la família d’asteroides Baptistina, que té un rang estimat deu vegades més gran i una cohesió superficial molt més gran. Més aviat, Didymos pot representar la darrera de múltiples generacions d’asteroides que deriven del progenitor original.

Segons Josep M. Trigo, “tot i ser asteroides que travessen la regió propera a la Terra, les seves superfícies van ser esculpides per impactes colossals. De fet, els nostres models indiquen que el ritme de formació de cràters que van experimentar tots dos objectes és l’esperat per a cossos que passen la major part de la seva vida al cinturó principal d’asteroides situat entre Mart i Júpiter”.

Mirant cap al futur

Aquestes observacions són crucials per comprendre la naturalesa dels asteroides potencialment perillosos. La missió DART ha demostrat la capacitat de desviar asteroides, i el fet que la majoria estiguin molt fracturats és una notícia excel·lent per a la defensa planetària. El fet que aquests asteroides ja estiguin fragmentats permet que les missions d’impacte cinètic siguin realment eficients al’hora de desviar-los.

A més, la següent missió Hera de l’ESA, en què també participa el CSIC a través de l’ICE-CSIC i l’IAA-CSIC, es llançarà l’octubre del 2024 i realitzarà una exploració de 6 mesos del sistema binari el 2026. La durada més gran de la missió en comparació amb DART i els múltiples instruments científics proporcionaran dades per a una millor comprensió de l’origen i l’evolució del fascinant sistema Didymos.

Artícles de referència:

Oliver Barnouin et al. [incluido Trigo-Rodríguez J.M. y Rizos, J.L.] (2024) The geology and evolution of the Near-Earth binary asteroid system (65803) Didymos. Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-024-50146-x

Pajola M., et al. [incluido Trigo-Rodríguez J.M.] (2024) “Evidence for multi-fragmentation and mass shedding of boulders on rubble-pile binary asteroid (65803) Didymos-Dimorphos”, Nature Comm., in press. https://doi.org/10.1038/s41467-024-50148-9

Robin C.Q., et al. [incluido Trigo-Rodríguez J.M.] (2024) “Mechanical properties of rubble pile asteroids (Dimorphos, Itokawa, Ryugu, and Bennu) through surface boulder morphological analysis”, Nature Comm., in press. https://doi.org/10.1038/s41467-024-50147-w