O guitarrista dos Queen e astrofísico Brian May uniu-se a investigadores de asteróides para investigar semelhanças notáveis e uma diferença intrigante entre corpos separados, explorados por sondas espaciais. A equipa de investigação executou um “clube de luta” baseado num supercomputador, envolvendo grandes colisões simuladas de asteróides para investigar as origens prováveis dos objectos. O seu trabalho encontra-se descrito na Nature Communications.
Tanto o asteróide Bennu, de 525 m de diâmetro, visitado pela OSIRIS-REx da NASA como o asteróide Ryugu, de 1 km de diâmetro, atingido pela Hayabusa2 do Japão possuem a mesma forma distinta de pião e densidades de material semelhantes. No entanto, o par contém quantidades diferentes de água, conforme revelado no levantamento espectral de materiais hidratados. Ryugu parece fracamente hidratado em comparação com Bennu, apesar de ser um jovem, comparativamente em termos de asteróides, estimado em meros 100 milhões de anos.
“As formas dos asteróides e o seu nível de hidratação podem servir como verdadeiros marcadores da sua origem e história,” diz o co-autor Brian May.
Mistério em forma de pião
O estudo foi liderado por Patrick Michel, Director de Investigação do CNRS do Observatório Côte d’Azur da França, também cientista principal da missão Hera da ESA para a defesa planetária. Refere que essa investigação também tem relevância para a Hera, que explorará o sistema do asteróide binário Didymos, após a deflexão orbital do menor dos dois corpos pela sonda DART da NASA.
“Esta forma de rotação de Bennu e Ryugu – incluindo uma protuberância equatorial acentuada – é partilhada por muitos outros asteróides, incluindo o asteróide primário Didymos de 780m,” explica Patrick.
“Uma hipótese importante é que uma elevada taxa de rotação leve a que a força centrífuga mude a sua forma ao longo do tempo, à medida que o material flui dos pólos para o equador. Essa rotação pode ser construída ao longo do tempo pelo aquecimento gradual pela luz solar – conhecido como efeito Yarkovsky – O’Keefe – Radzievskii – Paddack (YORP), nomeado após quatro investigadores de asteróides diferentes.
“No caso de Didymos, isto pode explicar de onde veio a mini-lua de Didymos A – formada por material que se libertou do equador que gira rapidamente. No caso de Bennu e Ryugu, no entanto, existe um problema: a inspecção de perto pelas suas respectivas naves espaciais revelou grandes crateras nas suas cordilheiras equatoriais, sugerindo que essas protuberâncias se formaram muito cedo na história dos asteróides.”
As descobertas colocaram uma pergunta, explica o co-autor do estudo Ron Ballouz, do Laboratório Lunar e Planetário da Universidade do Arizona: “Estas propriedades – forma, densidade ou níveis de hidratação mais ou menos altos do asteróide – são as consequências das evoluções desses objectos uma vez formados, ou o resultado imediato da sua formação?”
Um passo atrás no tempo com simulações de supercomputadores
Como uma maneira de olhar para trás no tempo, os investigadores realizaram simulações numéricas de asteróides da classe de 100 km sendo interrompidos por colisões, libertando fragmentos abundantes que gradualmente se transformaram em corpos agregados – que se acredita ser a maneira pela qual a maioria dos asteróides maiores que 200m foram formados.
As simulações foram executadas usando o supercomputador Bluecrab, operado pelo Centro de Computação de Pesquisa Avançada de Maryland, através da Universidade Johns Hopkins e da Universidade de Maryland.
“As simulações foram extremamente intensas em termos computacionais e levaram vários meses a serem realizadas,” acrescenta Patrick Michel. “A parte mais desafiadora foi simular o processo de reacumulação, que incluiu codificação detalhada para contacto com partículas, incluindo atrito por deslizamento, deslizamento e cisalhamento. Também analisámos o nível de aquecimento dos fragmentos pós-impacto, determinando o seu nível de hidratação.
“O que descobrimos foi que, embora o processo de reacumulação tenha levado a uma ampla variedade de formas, há uma tendência para um pião, porque o material agregado pode ser capturado num disco central e, eventualmente, forma um pião ou pelo menos um esferóide reacumulado. Esse esferóide pode ser transformado pelo efeito YORP para formar uma protuberância equatorial numa escala de tempo rápida em termos de asteróides, de menos de um milhão de anos, explicando o que vemos em Bennu e Ryugu.”
A outra descoberta da equipa é que os níveis finais de hidratação podem variar acentuadamente entre os agregados formados pela ruptura do corpo dos seus progenitores. Brian May trabalhou com Claudia Manzoni, da Companhia Estereoscópica de Londres, para produzir imagens em estereograma em 3D das consequências imediatas dos impactos, revelando fragmentos individuais que mostram uma ampla diversidade nos níveis de aquecimento e, portanto, na hidratação.
“Durante uma colisão, é possível formar um agregado como o Bennu, que experimentou pouco aquecimento por impacto e outro com mais material aquecido, como o Ryugu”, explica Brian May.
Árvores genealógicas dos asteroides
Patrick Michel acrescenta: “O resultado é que Bennu e Ryugu podem realmente fazer parte da mesma família de asteroides, originários do mesmo antepassado, apesar dos níveis de hidratação muito diferentes, actualmente. Sabemos que vêm da mesma região do Cinturão de Asteróides, o que torna isso mais provável, embora só possamos ter a certeza quando pudermos analisar as amostras de asteróides que serão devolvidas por Hayabusa2 e OSIRIS-REx.”
O envolvimento de Brian May resultou das suas actividades de investigação em asteróides, incluindo o trabalho nas equipas científicas Hayabusa2 e OSIRIS-Rex, e como membro do Conselho Consultivo do projecto NEO-MAPP (Near-Earth Object Modelling and Payload for Protection), financiado por o programa H2020 da Comissão Europeia.
Este mês, a ESA está a comemorar o Dia do Asteróide, reconhecido pela ONU, para inspirar o mundo sobre asteróides e o seu papel na formação do nosso sistema solar, como podemos usar os seus recursos, como os asteróides podem abrir o caminho para futuras explorações e como podemos proteger o nosso planeta dos impactos de asteróides. Mais informações e um mês de programação, via asteroidday.org.
