Nuevos mapas del asteroide Psique revelan un antiguo mundo de metal y roca

Los astrónomos del MIT y otros lugares han mapeado la composición del asteroide Psyche, revelando una superficie de metal, arena y roca.
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Captura de pantalla cortesía de la NASA.

A finales de este año, la NASA lanzará una sonda del tamaño de una cancha de tenis al Cinturón de Asteroides, una región entre las órbitas de Marte y Júpiter donde los restos del Sistema Solar primitivo giran alrededor del Sol. Una vez dentro del Cinturón de Asteroides, la nave espacial se concentrará en Psique, un gran asteroide rico en metales que se cree que es el núcleo antiguo de un planeta primitivo. La sonda, que lleva el nombre de su asteroide objetivo, pasará cerca de dos años orbitando y analizando la superficie de Psique en busca de pistas sobre cómo evolucionaron los primeros cuerpos planetarios.

Antes de la misión, que está dirigida por la Investigadora Principal Lindy Elkins-Tanton ’87, SM ’87, PhD ’02, los científicos planetarios del MIT y otros lugares ahora han proporcionado un adelanto de lo que la nave espacial podría ver cuando llegue a su destino.

En un artículo que aparece hoy en el Journal of Geophysical Research: Planets , el equipo presenta los mapas más detallados de las propiedades de la superficie del asteroide hasta la fecha, basados ​​en observaciones tomadas por una gran variedad de telescopios terrestres en el norte de Chile. Los mapas revelan vastas regiones ricas en metales que se extienden por la superficie del asteroide, junto con una gran depresión que parece tener una textura superficial diferente entre el interior y su borde; esta diferencia podría reflejar un cráter lleno de arena más fina y bordeado con materiales más rocosos.

En general, se encontró que la superficie de Psyche era sorprendentemente variada en sus propiedades.

Los nuevos mapas insinúan la historia del asteroide. Sus regiones rocosas podrían ser vestigios de un manto antiguo, de composición similar a la capa rocosa más externa de la Tierra, Marte y el asteroide Vesta, o la huella de impactos pasados ​​de rocas espaciales. Finalmente, los cráteres que contienen material metálico respaldan la idea propuesta por estudios previos de que el asteroide pudo haber experimentado erupciones tempranas de lava metálica a medida que se enfriaba su antiguo núcleo.

«La superficie de Psique es muy heterogénea», dice el autor principal Saverio Cambioni, Miembro Posdoctoral Distinguido Crosby en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias (EAPS) del MIT. “Es una superficie evolucionada, y estos mapas confirman que los asteroides ricos en metales son mundos interesantes y enigmáticos. Es otra razón para esperar con ansias que la misión Psique vaya al asteroide”.

Los coautores de Cambioni son Katherine de Kleer, Profesora Asistente de Ciencia Planetaria y Astronomía en Caltech, y Michael Shepard, Profesor de Ciencias Ambientales, Geográficas y Geológicas en la Universidad de Bloomsburg.

Poder del telescopio

La superficie de Psique ha sido el foco de numerosos esfuerzos de mapeo anteriores. Los investigadores han observado el asteroide utilizando varios telescopios para medir la luz emitida por él en longitudes de onda infrarrojas, que transmiten información sobre la composición de la superficie de Psique. Sin embargo, estos estudios no pudieron resolver espacialmente las variaciones en la composición sobre la superficie.

En cambio, Cambioni y sus colegas pudieron ver a Psique con mayor detalle, a una resolución de aproximadamente 20 millas (32 kilómetros) por píxel, utilizando la potencia combinada de las 66 antenas de radio del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) en el norte de Chile. Cada antena de ALMA mide la luz emitida por un objeto en longitudes de onda milimétricas, dentro de un rango que es sensible a la temperatura y ciertas propiedades eléctricas de los materiales de la superficie.

“Las señales de las antenas de ALMA se pueden combinar en una señal sintética que es equivalente a un telescopio con un diámetro de 16 kilómetros (10 millas)”, dice de Kleer. “Cuanto más grande es el telescopio, mayor es la resolución”.

El 19 de Junio de 2019, ALMA centró todo su conjunto en Psique mientras orbitaba y rotaba dentro del Cinturón de Asteroides. De Kleer recopiló datos durante este período y los convirtió en un mapa de emisiones térmicas en la superficie del asteroide, que el equipo informó en un estudio de 2021. Shepard utilizó esos mismos datos para producir el modelo de forma 3D de alta resolución más reciente de Psique, también publicado en 2021.

A la izquierda, este mapa muestra las propiedades de la superficie de Psyche, desde áreas arenosas (morado/bajo) hasta áreas rocosas (amarillo/alto). El mapa de la derecha muestra la abundancia de metales en Psyche, de bajo (púrpura) a alto (amarillo).
Crédito: Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Para atrapar una coincidencia.

En el nuevo estudio, Cambioni realizó simulaciones de Psique para ver qué propiedades de la superficie podrían coincidir mejor y explicar las emisiones térmicas medidas. En cada uno de los cientos de escenarios simulados, fijó la superficie del asteroide con diferentes combinaciones de materiales, como áreas de diferentes abundancias de metales. Modeló la rotación del asteroide y midió cómo los materiales simulados en el asteroide emitirían emisiones térmicas. Cambioni luego buscó las emisiones simuladas que mejor coincidían con las emisiones reales medidas por ALMA. Ese escenario, razonó, revelaría el mapa más probable de los materiales de la superficie del asteroide.

“Ejecutamos estas simulaciones área por área para poder detectar diferencias en las propiedades de la superficie”, dice Cambioni.

El estudio produjo mapas detallados de las propiedades de la superficie de Psique, que muestran que la fachada del asteroide probablemente esté cubierta por una gran diversidad de materiales. Los investigadores confirmaron que, en general, la superficie de Psique es rica en metales, pero la abundancia de metales y silicatos varía a lo largo de su superficie. Esto puede ser un indicio más de que, al principio de su formación, el asteroide pudo haber tenido un manto rico en silicatos que desde entonces ha desaparecido.

También descubrieron que, a medida que el asteroide gira, el material en el fondo de una gran depresión, probablemente un cráter, cambia de temperatura mucho más rápido que el material a lo largo del borde. Esto sugiere que el fondo del cráter está cubierto de «estanques» de material de grano fino, como la arena de la Tierra, que se calienta rápidamente, mientras que los bordes del cráter están compuestos de materiales más rocosos y de calentamiento más lento.  

“Se han visto estanques de materiales de grano fino en pequeños asteroides, cuya gravedad es lo suficientemente baja como para que los impactos sacudan la superficie y hagan que se acumulen materiales más finos”, dice Cambioni. «Pero Psique es un cuerpo grande, por lo que si se acumulan materiales de grano fino en el fondo de la depresión, esto es interesante y algo misterioso».

«Estos datos muestran que la superficie de Psque es heterogénea, con posibles variaciones notables en la composición», dice Simone Marchi, científico del personal del Southwest Research Institute y coinvestigador de la misión Psique de la NASA, que no participó en el estudio actual. “Uno de los objetivos principales de la misión Psique es estudiar la composición de la superficie del asteroide utilizando su espectrómetro de rayos gamma y neutrones y un generador de imágenes en color. Por lo tanto, la posible presencia de heterogeneidades en la composición es algo que el equipo científico de Psique está ansioso por estudiar más».

Esta investigación fue apoyada por la Beca Posdoctoral Distinguida Crosby de EAPS y en parte por la Fundación Heising-Simons.

Fuente: Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Artículo original:New maps of asteroid Psyche reveal an ancient world of metal and rock‘. Jennifer Chu. June 15, 2022.

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