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Científicos de la Universidad de Posgrado del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST) y de la Universidad de Rutgers han utilizado conceptos sencillos de la física granular para explicar las curiosas formas de diamante de dos asteroides "cercanos a la Tierra".
Los asteroides son cuerpos rocosos que orbitan alrededor del sol. Lo que los hace fascinantes para los investigadores es que están formados por materiales sobrantes, la materia que no fue absorbida por los planetas más grandes cuando se formó el sistema solar, hace unos 4.600 millones de años. Así, pueden arrojar luz sobre los primeros tiempos del sistema solar y la formación de los planetas. La mayoría de los asteroides están atrapados en el cinturón de asteroides, una región entre Júpiter y Marte. Esta distancia de la Tierra dificulta su estudio. Pero, ocasionalmente, un asteroide se escapa y se acerca a la Tierra, lo que permite fotografiarlos de cerca con una nave espacial no tripulada.
Esto es lo que ocurrió con estos dos asteroides con forma de diamante: Bennu y Ryugu. Tanto Bennu como Ryugu se clasifican como asteroides de pila de escombros, lo que significa que están formados por muchos trozos pequeños de material rocoso que se mantienen unidos sin apretar por la gravedad. Esencialmente, son granos que interactúan entre sí, como la arena de nuestras playas.
"Los modelos anteriores han atribuido estas formas de diamante a las fuerzas causadas por la rotación, que provocaron el desplazamiento de material desde los polos hacia el ecuador. Pero cuando se simularon los asteroides utilizando estos modelos, la forma era aplanada o asimétrica en lugar de diamantina, por lo que sabíamos que algo no estaba bien", explicó el Dr. Tapan Sabuwala, autor principal del artículo publicado en Granular Matter e investigador de la Unidad de Mecánica de Fluidos del OIST. "Descubrimos que a estos modelos les faltaba un ingrediente clave, la deposición de material. Y un simple modelo de física granular, normalmente utilizado para la deposición de granos como la arena o el azúcar, podía predecir la forma observada."
Imagine que vierte arena o azúcar a través de un embudo. Un cóctel de diferentes fuerzas hará que se forme un montón cónico (como un sombrero de fiesta). Los físicos de los granos pueden predecir la forma del montón basándose en las diferentes fuerzas que actúan sobre los granos. El Dr. Sabuwala, junto con el profesor Pinaki Chakraborty, que dirige la Unidad, y el profesor Troy Shinbrot, de la Universidad de Rutgers, trasladaron estas ideas a los asteroides.
El Dr. Sabuwala explicó cómo, en estos asteroides, la gravedad se orienta de forma diferente a la que experimenta un montón de arena en la playa. "Tuvimos que incluir esto en nuestro modelo, junto con el hecho de que la rotación del asteroide también juega un papel importante", dijo.
Así, en lugar de la forma cónica que se observa en la acumulación de granos en la Tierra, las fuerzas que actúan en los asteroides producen formas de diamante. La fuerza centrífuga, causada por la rotación, disminuyó cerca de los polos de los asteroides, haciendo que el material se acumulara allí, y dando como resultado su distintivo aspecto elevado. Otra distinción importante de este modelo (cuando se compara con los anteriores) es que sugiere que estos asteroides de pila de escombros no comenzaron como una esfera y se deformaron en forma de diamante. Más bien, la acumulación de escombros hizo que se formara la forma de diamante muy pronto en la formación del asteroide, y cualquier remodelación posterior fue mínima. Además, la idea de que las formas de diamante se fundieron durante las primeras etapas de la formación del asteroide, aunque contradice los modelos anteriores, es coherente con las observaciones recientes.
Los investigadores demostraron la exactitud de este modelo mediante simulaciones y descubrieron que los asteroides simulados formaban la característica forma de diamante, lo que respaldaba aún más su teoría.
"Hemos utilizado conceptos sencillos sobre el flujo de los granos para explicar cómo estos asteroides adoptaron sus curiosas formas", dijo el profesor Chakraborty. "Que las ideas simples puedan iluminar problemas complejos es, para nosotros, quizá el aspecto más encantador de este trabajo".
Fuentes, créditos y referencias:
Tapan Sabuwala et al, Bennu and Ryugu: diamonds in the sky, Granular Matter (2021). DOI: 10.1007/s10035-021-01152-z
Imágen: Se han observado dos asteroides con forma de diamante y de pila de escombros cerca de la Tierra, y fueron fotografiados por naves espaciales no tripuladas en 2018 y 2019. Los científicos del OIST y de la Universidad de Rutgers han utilizado un sencillo modelo normalmente reservado al flujo de granos para explicar su inusual forma. En esta imagen, una fotografía de uno de los asteroides, Bennu, se muestra a la izquierda. A la derecha, se muestra una simulación utilizando el modelo. Como puede verse, la forma de la simulación coincide con la de Bennu. Crédito: Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa