L'obiettivo dello studio, Psiche, è la meta di un prossimo futuro NASA missione.
Un attento esame delle emissioni di lunghezza d'onda millimetriche dell'asteroide Psyche, che la NASA intende visitare nel 2026, ha prodotto la prima mappa della temperatura dell'oggetto, fornendo nuove informazioni sulle sue proprietà superficiali. I risultati, descritti in un articolo pubblicato su Giornale di scienze planetarie (PSJ) il 5 agosto 2021, sono un passo verso la risoluzione del mistero dell'origine di questo insolito oggetto, che è stato pensato da alcuni come un pezzo del nucleo di un protopianeta sfortunato.
Psiche orbita attorno al sole nella cintura degli asteroidi, una regione di spazio a forma di ciambella tra la Terra e Giove che contiene più di un milione di corpi rocciosi di dimensioni comprese tra 10 metri e 946 chilometri di diametro.
Il concept di questo artista raffigura l'asteroide Psyche, l'obiettivo della missione Psyche della NASA. Credito: NASA/JPL-Caltech/ASU
Con un diametro di oltre 200 km, Psyche è il più grande degli asteroidi di tipo M, una classe enigmatica di asteroidi che si pensa siano ricchi di metalli e quindi potenzialmente potrebbero essere frammenti dei nuclei di protopianeti che si sono frantumati come si formò il sistema solare.
"Il primo sistema solare era un luogo violento, poiché i corpi planetari si univano e poi si scontravano l'uno con l'altro mentre si stabilivano in orbite attorno al sole", afferma Katherine de Kleer del Caltech, assistente professore di scienze planetarie e astronomia e autrice principale del PSJ articolo. “Pensiamo che frammenti dei nuclei, dei mantelli e delle croste di questi oggetti rimangano oggi sotto forma di asteroidi. Se questo è vero, ci dà la nostra unica vera opportunità di studiare direttamente i nuclei di oggetti simili a pianeti».
Caterina de Kleer. Credito: Caltech
Lo studio di oggetti così relativamente piccoli che sono così lontani dalla Terra (Psiche si sposta a una distanza compresa tra 179.5 e 329 milioni di km dalla Terra) rappresenta una sfida significativa per gli scienziati planetari, motivo per cui la NASA prevede di inviare una sonda a Psiche per esaminare da vicino. In genere, le osservazioni termiche dalla Terra, che misurano la luce emessa da un oggetto stesso piuttosto che la luce del sole riflessa da quell'oggetto, sono in lunghezze d'onda dell'infrarosso e possono produrre solo immagini di 1 pixel di asteroidi. Quel pixel, tuttavia, rivela molte informazioni; ad esempio, può essere utilizzato per studiare l'inerzia termica dell'asteroide o la velocità con cui si riscalda alla luce del sole e si raffredda al buio.
"Una bassa inerzia termica è tipicamente associata a strati di polvere, mentre un'elevata inerzia termica può indicare rocce in superficie", afferma Saverio Cambioni del Caltech, studioso post-dottorato in scienze planetarie e coautore del libro PSJ articolo. "Tuttavia, è difficile distinguere un tipo di paesaggio dall'altro". I dati della visualizzazione di ogni posizione della superficie in molte ore del giorno forniscono molti più dettagli, portando a un'interpretazione soggetta a meno ambiguità e che forniscono una previsione più affidabile del tipo di paesaggio prima dell'arrivo di un veicolo spaziale.
De Kleer e Cambioni, insieme al coautore Michael Shepard della Bloomsburg University in Pennsylvania, hanno sfruttato l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Cile, divenuta pienamente operativa nel 2013, per ottenere tali dati. La serie di 66 radiotelescopi ha permesso al team di mappare le emissioni termiche dell'intera superficie di Psyche con una risoluzione di 30 km (dove ogni pixel è 30 km per 30 km) e generare un'immagine dell'asteroide composta da circa 50 pixel.
Ciò è stato possibile perché ALMA ha osservato Psiche a lunghezze d'onda millimetriche, che sono più lunghe (che vanno da 1 a 10 millimetri) rispetto alle lunghezze d'onda dell'infrarosso (tipicamente tra 5 e 30 micron). L'uso di lunghezze d'onda più lunghe ha permesso ai ricercatori di combinare i dati raccolti dai 66 telescopi per creare un telescopio efficace molto più grande; più grande è un telescopio, maggiore è la risoluzione delle immagini che produce.
Le emissioni di lunghezze d'onda millimetriche rivelano la temperatura dell'asteroide Psyche mentre ruota nello spazio. Credito: Caltech
Lo studio ha confermato che l'inerzia termica di Psiche è elevata rispetto a quella di un tipico asteroide, indicando che Psiche ha una superficie insolitamente densa o conduttiva. Quando de Kleer, Cambioni e Shepard hanno analizzato i dati, hanno anche scoperto che l'emissione termica di Psyche - la quantità di calore che irradia - è solo il 60 percento di quello che ci si aspetterebbe da una tipica superficie con quell'inerzia termica. Poiché l'emissione superficiale è influenzata dalla presenza di metallo sulla superficie, la loro scoperta indica che la superficie di Psyche è composta per non meno del 30% da metallo. Un'analisi della polarizzazione dell'emissione ha aiutato i ricercatori a determinare approssimativamente quale forma assume quel metallo. Una superficie solida liscia emette luce polarizzata ben organizzata; la luce emessa da Psiche, invece, era dispersa, suggerendo che le rocce in superficie fossero costellate di granelli metallici.
"Sappiamo da molti anni che gli oggetti di questa classe non sono, in effetti, metalli solidi, ma cosa sono e come si sono formati è ancora un enigma", afferma de Kleer. I risultati rafforzano proposte alternative per la composizione della superficie di Psiche, incluso il fatto che Psiche potrebbe essere un asteroide primitivo che si è formato più vicino al sole di quanto non lo sia oggi invece di un nucleo di un protopianeta frammentato.
Le tecniche descritte in questo studio forniscono una nuova prospettiva sulla composizione della superficie degli asteroidi. Il team sta ora espandendo il suo campo di applicazione per applicare queste tecniche ad altri grandi oggetti nella fascia degli asteroidi.
Lo studio è stato reso possibile da un progetto correlato del team guidato da Michael Shepard della Bloomsburg University che ha utilizzato i dati di de Kleer in combinazione con i dati di altri telescopi, tra cui l'Osservatorio di Arecibo a Porto Rico, per definire le dimensioni, la forma e l'orientamento di Psiche. . Ciò a sua volta ha permesso ai ricercatori di determinare quali pixel catturati rappresentavano effettivamente la superficie dell'asteroide. Il team di Shepard avrebbe dovuto osservare di nuovo Psyche alla fine del 2020, ma i danni causati da guasti ai cavi hanno spento il telescopio prima che potessero essere effettuate le osservazioni.
Riferimento: "The Surface of (16) Psyche from Thermal Emission and Polarization Mapping" di Katherine de Kleer, Saverio Cambioni e Michael Shepard, 5 agosto 2021, Giornale di scienze planetarie.
DOI: 10.3847/PSJ/ac01ec
