La misión DART de la NASA aporta nuevos datos sobre los asteroides Didymos y Dimorphos

Un equipo internacional de astrónomos, en el que desde España participan el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC), el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) y el Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC), presenta las primeras imágenes con alta resolución de Didymos, un sistema binario de asteroides cercano a la Tierra.

Las imágenes obtenidas con las sondas DART y LICIAcube han permitido a los astrónomos inferir información clave sobre la geología y la evolución del sistema de asteroides. El estudio se publica hoy en cinco artículos en un número dedicado a este tema en Nature Communications.

Las observaciones de asteroides cercanos a la Tierra (NEA, por sus siglas en inglés) han demostrado que gran parte de ellos existen como sistemas binarios. Los astrónomos y astrónomas han planteado la teoría de que estos sistemas binarios se forman cuando aumenta la velocidad de rotación de un único asteroide tipo rubble pile o pila de escombros. Este expulsa restos, que a su vez acaban formando un nuevo compañero.

Dicho proceso depende de las propiedades geofísicas del asteroide. Por tanto, estudiar la forma y la morfología de la superficie de los asteroides es clave para interpretar su evolución.

La colisión de DART: fuente de información

Gracias a las observaciones de proximidad del sistema Didymos -recogidas por la misión DART de la NASA cuando colisionó con el sistema de asteroides el 27 de septiembre de 2022, así como las imágenes recogidas por el LICIA Cube Unit Key Explorer (LUKE) de la Agencia Espacial Italiana (ASI) justo después del impacto-, el equipo ha tenido una oportunidad única de observar de cerca a nivel geológico un sistema binario NEA a partir del cual podemos inferir sus propiedades geofísicas y ampliar nuestra comprensión sobre su formación.

Los sistemas binarios se forman cuando aumenta la velocidad de rotación de un único asteroide tipo ‘rubble pile’ o pila de escombros lo que provoca la expulsión de restos que acaban formando un nuevo compañero

“A través de este análisis, hemos podido inferir sus propiedades geofísicas y ampliar nuestra comprensión sobre la naturaleza física de estos asteroides”, explica Juan Luis Rizos, investigador del IAA-CSIC y miembro del Proximity Imaging Working Group de la misión DART, cuyo papel principal ha sido el análisis y modelado fotométrico de las imágenes capturadas por la cámara DRACO de la sonda.

Por su parte, el investigador del ICE-CSIC y del IEEC, Josep M. Trigo-Rodríguez ha participado en el análisis de las imágenes de mayor resolución obtenidas por la cámara DRACO a bordo de la nave DART. La especialización del equipo del ICE-CSIC en meteoritos condríticos que forman estos asteroides ha permitido mejorar la interpretación de los procesos que ocurrieron en ellos.

Fracturas de los cantos rodados de Dimorphos. Un mosaico de alta resolución de Dimorphos creado con las 10 últimas imágenes DRACO de 11,447 s a 0,856 s antes del impacto. / A. Lucchetti et al. / Nature Communications

Estas imágenes revelan que Didymos es aplanado y presenta indicios de ondulación a lo largo de su perímetro ecuatorial. Sus regiones polares son rugosas y contienen grandes rocas y cráteres, mientras que cerca de su ecuador la superficie de Didymos es lisa, con pocas rocas grandes y cráteres. Dimorphos, por su parte, tiene una superficie cubierta de rocas, grietas y algunos cráteres. Las superficies de ambos asteroides incluyen grandes bloques que sugieren que ambos son de tipo pila de escombros.

El astrofísico Josep M. Trigo afirma: “Estudiando las imágenes de alta resolución proporcionadas por la cámara de DART identificamos la complejidad de la superficie de Dimorphos. Su superficie está cubierta por una infinidad de rocas puntiagudas y fragmentadas por su exposición al espacio, también sujeta a largas grietas y lineamientos que indican la deformación impuesta por la acción gravitatoria de su masivo compañero. Estos procesos están enterrando cráteres de impacto y están cambiando la estructura de Dimorphos”.

Aglomerados rocosos del espacio

El estudio revela también que estos asteroides potencialmente peligrosos comparten una naturaleza “sorprendentemente frágil”, exhibiendo cohesiones superficiales de menos de 1 pascal y una cohesión interior de alrededor de 10 pascales.

“Es un resultado sorprendente y desafiante, que ejemplifica la complejidad de explorar estos cuerpos”, señala el investigador del ICE-CSIC. “Podemos ejemplificar tales valores pensando en los esperados para una pila gigante de rocas afiladas recogidas en los Pirineos. Llevarlas todas al espacio en una gran caja, y luego quitarla. Exacto: obtendrás una pila de piedras enorme y desmenuzable. No muy diferente a un castillo volador de arena mojada”, añade.

Estos asteroides comparten una naturaleza frágil y desmenuzable, comparable a una pila gigante de rocas afiladas recogidas en los Pirineos o a un castillo volador de arena mojada

Josep M. Trigo-Rodríguez (ICE-CSIC / IEEC)

Observar los cráteres de la superficie de un asteroide puede revelar su edad y su historia. A medida que viajan por el espacio, los asteroides chocan con otros asteroides. Las colisiones pequeñas producen cráteres en la superficie, mientras que una colisión más grande puede romperlo en pedazos.

Cuando un asteroide se rompe, queda al descubierto una superficie nueva. Las observaciones identificaron 16 y 22 cráteres plausibles en Didymos y Dimorphos, respectivamente. En el caso de Didymos, la mayoría de los cráteres se encuentran en latitudes más altas y los más grandes tienen más de 160 metros de diámetro y se asemejan a amplias depresiones circulares que se encuentran en otros asteroides.

Didymos y Dimorphos son cuerpos esculpidos por grandes impactos, muy fracturados. Los análisis de la resistencia de la superficie y del número de cráteres permitieron al equipo concluir que la superficie de Didymos es entre 40 y 130 veces más antigua que su satélite Dimorphos, con edades superficiales absolutas probables de alrededor de 12,5 millones de años para Didymos y 300.000 años para Dimorphos.

Pensamos que Dimorphos se originó a partir de Didymos debido a un aumento en su rotación causado por la interacción con la radiación solar

Juan Luis Rizos (IAA-CSIC)

“Pensamos que Dimorphos se originó a partir de Didymos debido a un aumento en su rotación causado por la interacción con la radiación solar”, explica Rizos. “La baja cohesión de los materiales permitió que el objeto se deformara a medida que su rotación se aceleraba, hasta que, al alcanzar cierta velocidad, parte del material del cuerpo progenitor se desgajó y formó la luna Dimorphos. Este fenómeno se conoce como fisión rotacional”, concluye el investigador.

Una implicación interesante del estudio es que la edad superficial estimada inferida para Didymos es sustancialmente más joven que la edad determinada para su familia de asteroides más plausible, la familia de asteroides Baptistina, que tiene un rango de edad estimado diez veces mayor y una cohesión superficial mucho mayor. Más bien, Didymos puede representar la última de múltiples generaciones de asteroides que se derivan del progenitor original.

Según Josep M. Trigo, “a pesar de ser asteroides que atraviesan la región cercana a la Tierra, sus superficies fueron esculpidas por impactos colosales. De hecho, nuestros modelos indican que el ritmo de formación de cráteres que experimentaron ambos objetos es el esperado para cuerpos que pasan la mayor parte de su vida en el cinturón principal de asteroides situado entre Marte y Júpiter”.

La misión Hera de la ESA se lanzará en octubre de 2024 y realizará una exploración de seis meses del sistema binario Didymos y Dimorphos en 2026

Estas observaciones son cruciales para comprender la naturaleza de los asteroides potencialmente peligrosos. La misión DART ha demostrado la capacidad de desviar asteroides, y el hecho de que la mayoría de ellos estén muy fracturados es, según señalan los investigadores, una excelente noticia para la defensa planetaria y permite que las misiones de impacto cinético sean realmente eficientes a la hora de desviarlos.

De hecho, los nuevos hallazgos, además de mejorar nuestra comprensión de las características físicas y geológicas de este sistema binario de asteroides, tienen implicaciones potenciales para futuras misiones de exploración y estrategias de defensa planetaria.

Además, la próxima misión Hera de la ESA, en la que también participa el CSIC, se lanzará en octubre de 2024 y realizará una exploración de seis meses del sistema binario Didymos y Dimorphos en 2026. La mayor duración de la misión en comparación con DART proporcionará datos para una mejor comprensión del origen y la evolución del fascinante sistema Didymos.

Referencias:

Oliver Barnouin et al. “The geology and evolution of the Near-Earth binary asteroid system (65803) Didymos”. Nature Communications, 2024

Pajola M., et al. “Evidence for multi-fragmentation and mass shedding of boulders on rubble-pile binary asteroid (65803) Didymos-Dimorphos”. Nature Comm., 2024

Robin C.Q., et al.  “Mechanical properties of rubble pile asteroids (Dimorphos, Itokawa, Ryugu, and Bennu) through surface boulder morphological analysis”. Nature Comm., 2024