Grazie alle simulazioni effettuate con un software sviluppato all’Università di Berna, un team internazionale guidato dai bernesi ha fatto un’importante scoperta sull’impatto della sonda spaziale DART della NASA sull’asteroide Dimorphos: è molto probabile che l’impatto non abbia causato semplicemente un cratere, ma che abbia deformato l’intero asteroide. La sonda spaziale Hera dell’ESA, che sarà presto lanciata verso Dimorphos, fornirà qualche certezza in merito. Le simulazioni forniscono anche informazioni preziose per la difesa della Terra.
La sonda di difesa planetaria Hera sarà presto lanciata dall’ESA verso un lontano sistema di due asteroidi: Didymos, attorno al quale orbita Dimorphos. Prima di Hera, la missione DART si è scontrata con Dimorphos e ne ha deviato l’orbita. L’obiettivo di Hera è studiare il cratere formatosi sull’asteroide a causa di questo impatto. Tuttavia, una nuova simulazione dell’impatto pubblicata su Nature Astronomy suggerisce che non verrà trovato alcun cratere. Si ritiene invece che l’impatto di DART su Dimorphos abbia rimodellato l’intero asteroide, una scoperta importante sia per la scienza degli asteroidi che per la difesa planetaria.
Il 26 settembre 2022, la sonda DART della NASA, che pesa circa mezza tonnellata, si è scontrata con l’asteroide Dimorphos, coperto di massi, a una velocità di 6,1 km/s.
Questo primo tentativo di deviare un asteroide tramite impatto cinetico è stato coronato da successo: le osservazioni dalla Terra mostrano che l’orbita di Dimorphos di 11 ore e 55 minuti intorno all’asteroide Didymos si è accorciata di circa 33 minuti (con un’incertezza di più o meno un minuto).
Il team di ricerca non sa ancora come l’asteroide nel suo complesso abbia reagito all’impatto della sonda spaziale, cioè l’efficienza complessiva del trasferimento di quantità di moto. Il calcolo di questo valore del "fattore beta" richiede una conoscenza precisa della massa dell’asteroide, che sarà misurata da Hera.
Per determinare il fattore beta, è necessario anche misurare con precisione il rinculo del materiale rispedito nello spazio. Per il momento, alcuni indizi possono essere trovati in diverse immagini scattate dal satellite italiano LICIACube (posizionato vicino all’asteroide per cinque minuti e 20 secondi dopo l’impatto del DART), dai telescopi spaziali James Webb e Hubble e da telescopi a terra. Tutte queste immagini mostrano un gigantesco pennacchio di detriti che si è esteso per oltre 10.000 chilometri nello spazio e che è rimasto per mesi.
Per vedere da vicino l’aspetto di Dimorphos dopo l’impatto, gli scienziati dovranno attendere l’arrivo della sonda Hera dell’ESA. Sarà dotata di una serie di strumenti e di "CubeSat" in miniatura per valutare la composizione, la struttura e la massa di Dimorphos e rivelare come l’impatto ad alta velocità lo abbia trasformato (anche il nome Dimorphos, che deriva dal greco, significa "che ha due forme").
Nel frattempo, un team di ricerca internazionale è riuscito a comprendere meglio l’impatto di DART simulandolo con il software Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) di Berna. Questo software, sviluppato da oltre vent’anni all’Università di Berna, viene utilizzato per simulare le collisioni tra asteroidi, comete e pianeti.
Bern SPH converte i corpi in collisione in milioni di particelle il cui comportamento all’impatto è determinato dall’interazione di diverse variabili riconfigurabili, come la gravità, la densità o la resistenza dei materiali dell’asteroide. Il metodo è stato convalidato da esperimenti di laboratorio ed è stato utilizzato anche per riprodurre un test di impatto con un asteroide, quando la sonda spaziale giapponese Hayabusa2 ha proiettato un piccolo impattatore di rame sull’asteroide Ryugu nel 2019.
"Il codice viene eseguito su un server ad alte prestazioni qui all’Università", spiega C del Dipartimento di Ricerca Spaziale e Planetologia dell’Istituto di Fisica dell’Università di Berna. Sabina Raducan guida il team e co-presiede il gruppo di lavoro Hera Impact Physics. È anche membro del cluster di ricerca nazionale PlanetS, gestito dall’Università di Berna e dall’Università di Ginevra.
"Si tratta di un processo intensivo dal punto di vista computazionale: ogni simulazione richiede circa una settimana e mezza, quindi abbiamo eseguito circa 250 simulazioni in totale, riproducendo le prime due ore dopo l’impatto. Abbiamo incorporato tutti i valori noti - la massa della navicella DART, la forma approssimativa dell’asteroide, la deviazione orbitale e la dimensione del pennacchio d’impatto - variando i fattori che non conoscevamo: la vicinanza dei massi e la loro densità, la porosità del materiale e la sua coesione complessiva. Abbiamo anche formulato delle ipotesi sulla base delle proprietà fisiche dei meteoriti che assomigliano al Dimorphos".
"Abbiamo poi cercato di capire quale simulazione corrispondesse meglio alla realtà osservata. I risultati indicano che Dimorphos è un asteroide "ammasso di detriti" relativamente debole, la cui coesione è assicurata dalla gravità estremamente debole dell’asteroide piuttosto che dalla sua forza di coesione. Ciò contribuisce a spiegare l’inaspettata efficacia della deviazione orbitale di DART".
Per capire la coesione, immaginate la farina piuttosto che la sabbia. Cadendo, la farina formerà un cono ad angolo acuto, a causa della maggiore forza di coesione, mentre la sabbia formerà un cumulo molto più piatto.
"Un evento di craterizzazione è normalmente concluso dalla forza di gravità o dalla forza del materiale craterizzato", aggiunge Martin Jutzi dell’Università di Berna, che è anche co-presidente del gruppo di lavoro "Hera Impact Physics" e membro del cluster di ricerca nazionale PlanetS. "Sulla Terra, la gravità è tale che la craterizzazione avviene brevemente, con un angolo tipico del cono di craterizzazione di circa 90 gradi. Quello che abbiamo osservato durante l’impatto di DART su Dimorphos è stato un angolo del cono di espulsione molto più ampio - che si estende fino a 160 gradi - influenzato principalmente dalla forma curva della superficie dell’asteroide. Il cratere ha continuato a espandersi perché sia la gravità che la coesione del materiale sono deboli.
Sabina Raducan aggiunge: "È probabile che il cratere si sia espanso fino a comprendere l’intero corpo, così che Dimorphos abbia finito per essere completamente rimodellato. Di conseguenza, Hera probabilmente non sarà in grado di trovare un cratere formato da DART. Troverà invece un corpo molto diverso. Le nostre simulazioni suggeriscono che Dimorphos ha visto la sua forma iniziale di disco volante troncata sul lato dell’impatto: se si considera che Dimorphos inizialmente assomigliava a un M&M al cioccolato, ora sembra che un pezzo sia stato masticato!".
Questo cambiamento avrà avuto conseguenze anche sull’orbita di Dimorphos intorno a Didymos. Per interpretare i risultati della simulazione di rimodellamento, il team ha utilizzato le immagini stereoscopiche preparate dal chitarrista dei Queen e astrofisico Sir Brian May e dalla sua collaboratrice Claudia Manzoni.
Il team stima che l’1% della massa totale di Dimorphos sia stato scagliato nello spazio dall’impatto di DART, grazie alla sua bassa velocità di fuga di appena 10 cm/s. Circa l’8% della massa dell’asteroide è stata spostata intorno al suo corpo.
Se Dimorphos è un ammasso di detriti - sospeso in orbita più come un grappolo d’uva che come un blocco solido - questa scoperta ha importanti conseguenze anche sulla probabile origine dell’asteroide. Rafforza l’ipotesi che la piccola luna si sia formata da una passata "rotazione" del suo genitore, che ha lanciato nello spazio materiale che poi si è raccolto sotto l’effetto della gravità.
"Il quadro complessivo a cui siamo giunti - quello di un Dimorphos quasi privo di coesione, modellato in gran parte dalla debole forza di gravità - sembra essere coerente con le nostre osservazioni di altri asteroidi", osserva Patrick Michel, direttore di ricerca del CNRS presso l’Osservatorio della Costa Azzurra di Nizza e ricercatore principale su Hera. "Ryugu (visitato da Hayabusa2) e Bennu (visitato dalla sonda OSIRIS-Rex della NASA) sono asteroidi di classe C ricchi di carbonio, molto diversi dagli asteroidi di classe S ricchi di silicati Didymos e Dimorphos, ma tutti sembrano mostrare una mancanza di coesione comparabile. Dobbiamo ancora capire e chiarire questo comportamento, poiché non possiamo fare statistiche su un solo trio di asteroidi, ma una generale mancanza di coesione per tutti i piccoli asteroidi è un suggerimento interessante e sarebbe una buona notizia per la difesa planetaria, poiché se sappiamo in anticipo come reagirà un corpo, sarà più facile progettare gli strumenti di deflessione appropriati!"
Il team fa parte del gruppo di lavoro scientifico internazionale Hera, composto da 24 istituzioni. Tutti i membri sono ansiosi di scoprire se le ultime osservazioni dei colleghi sul sistema Didymos convalidano alcuni aspetti della loro modellizzazione, come la forma modificata dell’asteroide e le conseguenti perturbazioni orbitali. Forse questi aspetti saranno pienamente rivelati da Hera.
Fonte: https://www.esa.int/Space_Safety/Hera/DART_impact_might_have_reshaped_Hera_s_target_asteroid
