Οι κοντινές εικόνες της συντριβής του αστεροειδούς DART αποκαλύπτουν πολύπλοκα συντρίμμια

Το 2022, το Double Asteroid Redirection Test (DART) της NASA συγκρούστηκε με τον αστεροειδή Demorphos σε μια επιτυχημένη δοκιμή τεχνολογίας πλανητικής άμυνας. Αυτή η επιτυχία μετρήθηκε από τη σημαντική μετατόπιση στην τροχιά του Δήμορφου γύρω από τον μεγαλύτερο αστεροειδή Δίδυμο. Από τότε, διαφορετικά παρατηρητήρια έχουν αναλύσει τα δεδομένα για να προσπαθήσουν να συνθέσουν τι μας λένε τα συντρίμμια από την πρόσκρουση για τη δομή του αστεροειδούς.

Όλες αυτές οι παρατηρήσεις έγιναν σε μεγάλες αποστάσεις από την πρόσκρουση. Αλλά το DART έφερε ένα μικρό CubeSat που ονομάζεται LICIACube κατά τη διάρκεια της πτήσης και το έριξε σε μια μεταγενέστερη τροχιά λίγες εβδομάδες πριν από την πρόσκρουση. Χρειάστηκε λίγος χρόνος για να επιστρέψουμε όλες τις εικόνες του LICACube στη Γη και να τις αναλύσουμε, αλλά τα αποτελέσματα είναι τώρα και προσφέρουν υποδείξεις για το σχηματισμό και την ιστορία του Dimorphos, καθώς και γιατί η πρόσκρουση είχε τόσο μεγάλο αντίκτυπο στην τροχιά του.

Παρακολούθηση συντριμμιών

Το LICIACube διέθετε συσκευές απεικόνισης στενού και ευρέος πεδίου (που ονομάζονταν LEIA και LUKE από μερικά προσεκτικά επιλεγμένα ονόματα). Παρακολούθησε το DART κατά μήκος της ζώνης πρόσκρουσης για περίπου τρία λεπτά και τράβηξε εικόνες ξεκινώντας περίπου ένα λεπτό πριν από την πρόσκρουση και συνεχίζοντας για περισσότερο από πέντε λεπτά μετά.

Αυτά έδειξαν ότι η πρόσκρουση δημιούργησε ένα πολύπλοκο πεδίο συντριμμιών. Αντί για έναν απλό κώνο ύλης, υπήρχαν χορδές και συστάδες βλημάτων, όλα κινούμενα με διαφορετικές ταχύτητες. Ένα άρθρο, που δημοσιεύτηκε σήμερα στο Nature, επιχειρεί να ταξινομήσει πολλά από αυτά. Έτσι, για παράδειγμα, προσδιορίζει ένα μόνο ρεύμα εκτοξευόμενου υλικού που εμφανίζεται στις πρώτες εικόνες μετά την πρόσκρουση και μπορεί να παρακολουθηθεί μέχρι να σταματήσει η απεικόνιση. Σε αυτό το σημείο, είχε επεκταθεί περισσότερα από οκτώ χιλιόμετρα από το σημείο της πρόσκρουσης. Αυτό σημαίνει ότι η ταχύτητα είναι περίπου 50 μέτρα ανά δευτερόλεπτο.

Ξεχωριστά, υπήρχε μια μάζα υλικού που ήταν ορατή για περίπου ενάμιση λεπτό και κινούνταν με ταχύτητα περίπου 75 μέτρων το δευτερόλεπτο. Η δεύτερη ομάδα κινήθηκε με περίπου το ήμισυ αυτού του ρυθμού.

Το πιο γρήγορα κινούμενο υλικό που μπορούσαν να παρακολουθήσουν εκτινάχθηκε με ταχύτητα 500 μέτρων το δευτερόλεπτο ή περίπου 1.800 χιλιόμετρα την ώρα (1.100 mph). Αυτό βοηθά στην εξήγηση της αξίας του LICACube, καθώς οι καλύτερες παρατηρήσεις που έχουμε σε απόσταση έγιναν από το Hubble, και έχει εντοπίσει αντικείμενα που κινούνται με τη μισή ταχύτητα.

Περιέργως, το εκτοξευόμενο υλικό φαίνεται αρχικά κόκκινο αλλά σταδιακά γίνεται μπλε με την πάροδο του χρόνου. Οι ερευνητές προτείνουν ότι αυτό μπορεί να σημαίνει ότι η επιφάνεια του αστεροειδούς ήταν κοκκινισμένη λόγω της έκθεσης στην ακτινοβολία και ότι το πρώτο υλικό που προέκυψε από τη σύγκρουση προήλθε από την επιφάνεια. Αργότερα, καθώς έφτασε περισσότερο υλικό από το εσωτερικό, η ερυθρότητα μειώθηκε.

Στα τέλη του περασμένου έτους, μια ξεχωριστή εργασία επικεντρώθηκε στις διαστάσεις του κώνου των συντριμμιών. Χρησιμοποιώντας αυτά τα στοιχεία, δουλέψαμε προς τα πίσω για να αξιολογήσουμε πού έφτασε αυτός ο κώνος στην επιφάνεια του δίμορφου. Με βάση αυτό, οι συμμετέχοντες ερευνητές υπολόγισαν ότι το υλικό προερχόταν από έναν κρατήρα διαμέτρου περίπου 65 μέτρων.

Αδύναμο εσωτερικό

Η παρακολούθηση όλων των πολύπλοκων συντριμμιών είναι εν μέρει σημαντική επειδή έπαιξε ρόλο στην αποτελεσματικότητα του DART. Γνωρίζουμε ακριβώς πόση ορμή μετέφερε το διαστημικό σκάφος DART κατά τη σύγκρουση και μπορούμε να τη συγκρίνουμε με εκτιμήσεις για το ποσό που χρειάζεται για να αλλάξει η τροχιά του Dimorphos. Με βάση τις εκτιμήσεις για το μέγεθος της τροχιακής αλλαγής, καθώς και την αρχική μάζα του δίμορφου, είναι πολύ σαφές ότι η ορμή του DART δεν μπορεί να εξηγήσει όλη την αλλαγή. Ως εκ τούτου, σημειώθηκε σημαντική ανταλλαγή ορμής όταν τα συντρίμμια από τη σύγκρουση μετέφεραν την ορμή μακριά από τον Δήμορφο.

Ένα πρόσθετο χαρτί λαμβάνει δεδομένα του LICIACube για την εκτοξευόμενη ύλη και τα χρησιμοποιεί για να προσπαθήσει να εκτιμήσει τις εσωτερικές ιδιότητες του dimorphos. Ένα μοντέλο φυσικής πρόσκρουσης χρησιμοποιήθηκε για τη δοκιμή μιας ποικιλίας εσωτερικών συνθέσεων ενός αστεροειδούς που ποικίλλουν ανάλογα με την πυκνότητά του, την ποσότητα του στερεού βράχου έναντι του χαλαρού υλικού και άλλες ιδιότητες. Τα καλύτερα αποτελέσματα προήλθαν από ένα σχετικά χαμηλής πυκνότητας, πορώδες σώμα που δεν είχε πολλούς μεγάλους βράχους κοντά στην επιφάνειά του.

Δεδομένης αυτής της δομής, οι ερευνητές κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι το DART πιθανότατα προκάλεσε παγκόσμια διακοπή της δομής στόχου του.

Η αδύναμη και κατακερματισμένη δομή του Dimorphos μοιάζει πολύ όπως είδαμε στις επισκέψεις μας στους λεγόμενους «αστεροειδείς στοίβας ερειπίων» όπως ο Bennu και ο Ryugu. Το εκπληκτικό με αυτό είναι ότι είναι πολύ πιο αδύναμο σε δομή από τον μεγαλύτερο γείτονά του, τον Δίδυμο. Ωστόσο, αυτό είναι συνεπές με τα μοντέλα που εξηγούν πώς σχηματίζονται οι δίμορφοι. Αυτή η θεωρία υποστηρίζει ότι ο Δίδυμος έριξε υλικό, μερικά από τα οποία παρέμειναν δεσμευμένα από τη βαρύτητα και κατέληξαν σε τροχιά.

Ένας τρόπος για να συμβεί αυτό είναι μέσω κρούσης, αλλά αναμένεται να είναι αρκετά ισχυρό για να απελευθερώσει ένα ευρύ φάσμα υλικού από το Δίδυμο. Ωστόσο, η εναλλακτική είναι ότι η ηλιακή θέρμανση θα μπορούσε να αυξήσει την περιστροφή του Διδύμου έτσι ώστε να μην έχει πλέον αρκετή βαρύτητα για να συγκρατήσει όλο το υλικό του. Σε αυτή την περίπτωση, το ελαφρύτερο υλικό πιθανότατα θα απορριφθεί πρώτα από την επιφάνεια, ίσως λόγω του σχετικά μικρού όγκου υλικού στο δίμορφο.

Τα καλά νέα είναι ότι θα πρέπει να έχουμε μια καλύτερη εικόνα του συστήματος μετά τη συντριβή μέσα σε λίγα χρόνια. Στα τέλη του 2024, ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος σχεδιάζει να εκτοξεύσει ένα ανιχνευτή που ονομάζεται Hera που θα μπει σε τροχιά γύρω από το σύστημα Didymos/Demorphos και θα παρέχει λεπτομερή στοιχεία για τις επιπτώσεις της σύγκρουσης.

Journal of Planetary Science, 2023. DOI: 10,3847/PSJ/ad09ba (Περί ψηφιακών ταυτοτήτων).

Nature, 2024. DOI: 10.1038/s41586-023-06998-2

Natural Astronomy, 2024. DOI: 10.1038/s41550-024-02200-3