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| Las emisiones en longitudes de onda milimétricas revelan la temperatura del asteroide Psyche mientras gira por el espacio. Crédito: Instituto Tecnológico de California |
La superficie de (16) Psique a partir de la emisión térmica y la cartografía de polarización
Un examen minucioso de las emisiones en longitudes de onda milimétricas del asteroide Psyche, que la NASA tiene previsto visitar en 2026, ha dado lugar al primer mapa de temperaturas del objeto, lo que proporciona una nueva visión de las propiedades de su superficie. Los hallazgos, descritos en un artículo publicado en Planetary Science Journal (PSJ) el 5 de agosto, son un paso hacia la resolución del misterio del origen de este objeto inusual, que algunos han pensado que es un trozo del núcleo de un protoplaneta malogrado.
Psyche orbita alrededor del Sol en el cinturón de asteroides, una región del espacio con forma de rosquilla entre la Tierra y Júpiter que contiene más de un millón de cuerpos rocosos cuyo tamaño oscila entre los 10 metros y los 946 kilómetros de diámetro.
Con un diámetro de más de 200 km, Psyche es el mayor de los asteroides de tipo M, una enigmática clase de asteroides que se cree que son ricos en metales y, por tanto, podrían ser fragmentos de los núcleos de los protoplanetas que se rompieron al formarse el sistema solar.
"El sistema solar primitivo era un lugar violento, ya que los cuerpos planetarios se fusionaron y luego chocaron entre sí mientras se establecían en órbitas alrededor del sol", dice Katherine de Kleer, profesora asistente de ciencia planetaria y astronomía de Caltech y autora principal del artículo PSJ. "Creemos que fragmentos de los núcleos, mantos y costras de estos objetos permanecen hoy en día en forma de asteroides. Si eso es cierto, nos da nuestra única oportunidad real de estudiar directamente los núcleos de objetos similares a planetas."
El estudio de objetos relativamente pequeños y tan alejados de la Tierra (Psique se desplaza a una distancia que oscila entre los 179,5 y los 329 millones de kilómetros de la Tierra) supone un reto importante para los científicos planetarios, por lo que la NASA planea enviar una sonda a Psique para examinarla de cerca. Normalmente, las observaciones térmicas desde la Tierra -que miden la luz emitida por un objeto en sí mismo y no la luz del sol reflejada en ese objeto- se realizan en longitudes de onda infrarrojas y sólo pueden producir imágenes de 1 píxel de los asteroides. Sin embargo, ese píxel revela mucha información; por ejemplo, puede utilizarse para estudiar la inercia térmica del asteroide, es decir, la rapidez con la que se calienta a la luz del sol y se enfría en la oscuridad.
"Una inercia térmica baja suele estar asociada a capas de polvo, mientras que una inercia térmica alta puede indicar la presencia de rocas en la superficie", explica Saverio Cambioni, investigador postdoctoral en ciencias planetarias de Caltech y coautor del artículo del PSJ. "Sin embargo, discernir un tipo de paisaje del otro es difícil". Los datos procedentes de la observación de cada lugar de la superficie en muchos momentos del día proporcionan muchos más detalles, lo que lleva a una interpretación que está sujeta a menos ambigüedad, y que proporciona una predicción más fiable del tipo de paisaje antes de la llegada de una nave espacial.
De Kleer y Cambioni, junto con el coautor Michael Shepard, de la Universidad de Bloomsburg (Pensilvania), aprovecharon el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) de Chile, que entró en pleno funcionamiento en 2013, para obtener estos datos. El conjunto de 66 radiotelescopios permitió al equipo cartografiar las emisiones térmicas de toda la superficie de Psique con una resolución de 30 km (donde cada píxel es de 30 km por 30 km) y generar una imagen del asteroide compuesta por unos 50 píxeles.
Esto fue posible porque ALMA observó a Psyche en longitudes de onda milimétricas, que son más largas (entre 1 y 10 milímetros) que las longitudes de onda infrarrojas (típicamente entre 5 y 30 micrones). El uso de longitudes de onda más largas permitió a los investigadores combinar los datos recogidos por los 66 telescopios para crear un telescopio efectivo mucho mayor; cuanto más grande es un telescopio, mayor es la resolución de las imágenes que produce.
El estudio confirmó que la inercia térmica de Psyche es alta en comparación con la de un asteroide típico, lo que indica que Psyche tiene una superficie inusualmente densa o conductora. Cuando de Kleer, Cambioni y Shepard analizaron los datos, también descubrieron que la emisión térmica de Psyche -la cantidad de calor que irradia- es sólo el 60 por ciento de lo que cabría esperar de una superficie típica con esa inercia térmica. Dado que la emisión superficial se ve afectada por la presencia de metal en la superficie, su hallazgo indica que la superficie de Psyche es nada menos que un 30 por ciento de metal. Un análisis de la polarización de la emisión ayudó a los investigadores a determinar aproximadamente qué forma adopta ese metal. Una superficie sólida y lisa emite una luz polarizada bien organizada; la luz emitida por Psyche, sin embargo, estaba dispersa, lo que sugiere que las rocas de la superficie están salpicadas de granos metálicos.
"Hace muchos años que sabemos que los objetos de esta clase no son, de hecho, de metal sólido, pero lo que son y cómo se formaron sigue siendo un enigma", dice de Kleer. Los hallazgos refuerzan las propuestas alternativas sobre la composición de la superficie de Psyche, incluyendo que Psyche podría ser un asteroide primitivo que se formó más cerca del sol de lo que está hoy en día en lugar de un núcleo de un protoplaneta fragmentado.
Las técnicas descritas en este estudio proporcionan una nueva perspectiva sobre la composición de la superficie de los asteroides. El equipo está ampliando su alcance para aplicar estas técnicas a otros grandes objetos del cinturón de asteroides.
El estudio fue posible gracias a un proyecto relacionado del equipo dirigido por Michael Shepard, de la Universidad de Bloomsburg, que utilizó los datos de de Kleer en combinación con los de otros telescopios, incluido el Observatorio de Arecibo, en Puerto Rico, para precisar el tamaño, la forma y la orientación de Psyche. Esto, a su vez, permitió a los investigadores determinar qué píxeles capturados representaban realmente la superficie del asteroide. El equipo de Shepard tenía previsto volver a observar Psyche a finales de 2020, pero los daños causados por los fallos de los cables hicieron que el telescopio se apagara antes de poder realizar las observaciones.
Fuentes, créditos y referencias:
Katherine de Kleer et al, The Surface of (16) Psyche from Thermal Emission and Polarization Mapping, The Planetary Science Journal (2021). DOI: 10.3847/PSJ/ac01ec