Brian May, dos Queen, trabalha para investigar a origem dos asteroides

Tanto o asteroide Bennu, de 525 m de diâmetro, visitado pela OSIRIS-REx da NASA como o asteroide 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 asteroides, estimado em meros 100 milhões de anos.

“As formas dos asteroides e o seu nível de hidratação podem servir como verdadeiros marcadores da sua origem e história,” diz o coautor Brian May. 

Mistério em forma de pião

O estudo foi liderado por Patrick Michel, Diretor 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 asteroide 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 asteroides, incluindo o asteroide 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 polos 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 asteroides 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 inspeção de perto pelas suas respetivas naves espaciais revelou grandes crateras nas suas cordilheiras equatoriais, sugerindo que essas protuberâncias se formaram muito cedo na história dos asteroides.”

As descobertas colocaram uma pergunta, explica o coautor 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 asteroide - são as consequências das evoluções desses objetos 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 asteroides da classe de 100km 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 asteroides 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 contato 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 esferoide reacumulado. Esse esferoide pode ser transformado pelo efeito YORP para formar uma protuberância equatorial numa escala de tempo rápida em termos de asteroides, 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 rutura 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, atualmente. Sabemos que vêm da mesma região do Cinturão de Asteroides, o que torna isso mais provável, embora só possamos ter a certeza quando pudermos analisar as amostras de asteroides que serão devolvidas por Hayabusa2 e OSIRIS-REx.”

O envolvimento de Brian May resultou das suas atividades de investigação em asteroides, incluindo o trabalho nas equipas científicas Hayabusa2 e OSIRIS-Rex, e como membro do Conselho Consultivo do projeto 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 Asteroide, reconhecido pela ONU, para inspirar o mundo sobre asteroides e o seu papel na formação do nosso sistema solar, como podemos usar os seus recursos, como os asteroides podem abrir o caminho para futuras explorações e como podemos proteger o nosso planeta dos impactos de asteroides. Mais informações e um mês de programação, via asteroidday.org.