Publican trabajo sobre Dimorphos, el primer asteroide activado por los seres humanos

Hay investigaciones que traen cola. Y más esta que desde el principio se enfocó en la cola que presentaban un grupo de asteroides que, de acuerdo a lo que varios astrónomos pensaban, se hacían pasar por cometas sin serlo. Entre ellos estaba Gonzalo Tancredi, del Departamento de Astronomía de la Facultad de Ciencias de la Universidad de la República, uno de los dos uruguayos que redactaron la moción que en 2006 terminó excluyendo a Plutón del selecto grupo de los planetas del Sistema Solar.

Gonzalo venía estudiando la física de los medios granulares desde que en 2005 la visita de la sonda Hayabusa al asteroide Itokawa, de 500 metros de largo, le “cambiara la cabeza” al respecto de cómo eran los asteroides. No fue el único en sorprenderse: lejos de ser una gran roca viajando por el espacio, como muchos astrónomos pensaban que eran los asteroides, Itokawa estaba conformado por una cantidad de pedruscos,o como Gonzalo describió, “una gran pila de arena y pedregullo”. La física de los medios granulares, pensó, le ayudaría a entender diversos aspectos de la superficie de los asteroides. Esos estudios fueron los que lo llevaron a participar de la histórica Misión DART, acrónimo en inglés para Prueba de Redireccionamiento de un Asteroide Dual.

Cocoa y cola

Dado que el objetivo de DART era probar una estrategia de defensa planetaria ante la eventualidad de tener que cambiar el curso de un asteroide que amenazara con colisionar con la Tierra, en la predicción de qué pasaría al jugar esta especie de billar cósmico sería de suma importancia tener en cuenta que la sonda chocaría no con una roca sólida, sino contra una aglomeración de polvo, pedregullo y pedruscos. De esta manera, Gonzalo Tancredi integró un equipo internacional que predijo qué pasaría con el impacto en relación al material que saldría disparado por la colisión. En uno de ellos, que lideró, nuestro compatriota predecía que el polvo desperdigado a baja velocidad formaría una cola en dirección opuesta a la del Sol.

Esta cola formada por polvo eyectado a baja velocidad tras un impacto debido a lo que Tancredi llama “el efecto cocoa”, dado que es similar a la nube de polvo chocolatado que se levanta cuando uno golpea sin querer el recipiente abierto de cocoa, haría que Dimorphos se viera como un cometa por un tiempo. Sin embargo, los asteroides y los cometas se diferencian, entre otras cosas, porque los últimos tienen hielo que, al sublimarse arrastra polvo formando sus características colas. El tema es atrapante, porque de vez en cuando los observatorios astronómicos registran asteroides que presentan colas y nubes de polvo a su alrededor, algo que como suele decir Condorito, exige una explicación.

Tancredi, junto a otras y otros colegas, piensa que estos asteroides, que esporádicamente lucen como cometas, y que son llamados “objetos transicionales” o “asteroides activados”, se forman justamente cuando colisionan con otros objetos que, efecto cocoa mediante, les sacuden el polvo a baja velocidad, y que luego empujado por la presión de la radiación solar, forma una cola de polvo en dirección opuesta al Sol.

Como nos confesaba Tancredi, el término “asteroide activado” no le gustaba porque estas colisiones no implican que el asteroide entre en actividad, como si de un volcán dormido se tratara, sino que lo que sucede es algo que poco tiene que ver con un cambio de estado y más con un cambio de aspecto por un tiempo. Es como si estuvieran maquillados y por eso en una nota anterior, cuando a Gonzalo Tancredi le sugerí que sería el primer asteroide que cambiaría de apariencia por la acción humana y en broma le pregunté si sería un asteroide travestido, meditó sobre el asunto y lo llamó “un asteroide drag”, ya que las personas drag se visten o maquillan en ocasiones para hacer una performance o entretener, sin que eso tenga necesariamente que ver con identidades de género.

“Más allá de que el objetivo de la misión es probar el desvío de un asteroide, la experiencia nos va a servir porque estamos generando un asteroide activado artificialmente y podremos observar qué es lo que pasa desde el momento del impacto” nos decía Tancredi antes de la colisión. Luego, en octubre de 2022, la NASA emitió un comunicado en el que confirmaba que DART había logrado alterar la órbita de Dimorphos. En las imágenes también se evidenciaba que el cambio de aspecto que habían predicho Gonzalo y sus colegas también se había producido.

Consultado en octubre de 2022, Tancredi nos decía que “las observaciones de la cola de polvo nos indican que es una cola de gran extensión y que es producto de una eyección a muy baja velocidad”. Aunque señalaba que todavía estaban “en la fase de interpretación de los resultados”, afirmaba que el análisis les iba “a permitir estimar qué cantidad de polvo fue eyectado y cómo eso se compara con el caso de los asteroides activos”. Ahora, en este mes de marzo, Tancredi y sus colegas publicaron en la revista Nature el resultado de sus análisis en un artículo titulado “Eyecta del asteroide activo Dimorphos producido por DART”. Si bien el trabajo es de libre acceso, en el portal de Nature aún no puede leerse por completo ni este ni otros tres trabajos sobre DART publicados al unísono, algo que sí permite el repositorio arXiv. ¿Qué dicen allí?

Confirmando y postulando

“Se ha propuesto que algunos asteroides activos son el resultado de eventos de impacto” señala el artículo firmado por investigadores de 45 instituciones, la Facultad de Ciencias entre ellas, para luego reseñar que “debido a que los asteroides activos generalmente se descubren por casualidad sólo después de la formación de su cola, el proceso en el que la eyección del impacto se convierte en una cola nunca se ha observado directamente”. DART permitió justamente eso: ver en tiempo real cómo un asteroide puede formar una cola cuando es impactado por un objeto mucho menor: “además de haber cambiado con éxito el período orbital de Dimorphos, la misión DART demostró el proceso de activación de un asteroide a partir de un impacto en condiciones de impacto conocidas con precisión” reportan.

En el trabajo hacen el análisis de observaciones obtenidas por el Telescopio Espacial Hubble en un período abarcado entre los 15 minutos y los 18,5 días posteriores al impacto. Cada pixel de las imágenes abarca aproximadamente unos dos kilómetros. Gracias a estas imágenes y su análisis, afirman que entre los 0,7 y los 2,1 días posteriores al impacto, polvo eyectado a bajas velocidades, menores a un metro por segundo, emergió del cono de eyección. También informan que “como resultado de la presión de la radiación solar, una cola de polvo comenzó a emerger en dirección contraria al Sol y casi opuesta al cono de eyección” a partir de las tres horas del impacto, siendo la cola dominada por las partículas más pequeñas. Las partículas más grandes, de centímetros, comenzaron a formar la cola después. “Esta cola se extendió rápidamente a una longitud proyectada de más de 1.500 kilómetros y superó la cobertura espacial de nuestras imágenes” agregan. Hacia los 15 días y hacia el final del análisis de estas imágenes, observaron que ya había “partículas eyectadas que abandonaban continuamente el sistema Didymos”.

De esta manera, afirman que “la misión DART demostró definitivamente que los impactos pueden activar asteroides” y sostienen que sus observaciones “proporcionaron una base para reevaluar las observaciones previas de asteroides activos que se pensaba que se desencadenaban por impacto”.

¿Hasta cuándo dura el espectáculo del asteroide drag?

Cuando llamo a Gonzalo a propósito de este nuevo trabajo, le digo que parece maravilloso estar tan lejos y a pesar de que cada pixel de las imágenes representa cuadrados de dos kilómetros de lado, puedan ver qué pasó con polvo diminuto que se liberó con el impacto. “Con el telescopio espacial no podemos distinguir una partícula de polvo. Pero millones de partículas de polvo juntas sí las distinguimos como una nube de polvo. Eso es lo que nos permite observar a distancia la presencia de polvo, no sólo en nuestro Sistema Solar sino en cualquier parte del universo”, dice.

Muchos pocos son importantes. Gonzalo pone un ejemplo que podemos corroborar sin necesidad del Hubble, aunque debamos contar con la suerte de estar en una noche despejada, sin Luna y en una zona sin contaminación lumínica. “Si uno mira hacia la Cruz del Sur, entre el palo de la izquierda y el palo de abajo, vemos una mancha que nos oscurece el fondo. Justamente es una nube de gas y polvo. Esa cantidad de polvo lo que hace es oscurecer una zona del cielo. En el caso de la cola del asteroide tras el impacto, la gran cantidad de polvo refleja la luz del Sol y por eso podemos verlo” explica.

Por otro lado, Gonzalo señala que también pueden inferir características de ese polvo gracias a que, como está formado por partículas pequeñas, se ve afectado por la presión de la radiación solar. “El Sol está radiando fotones y esa radiación interactúa con las partículas de polvo por ser muy pequeñas, produciendo como un 'soplado' de las partículas” acota. “Cuanto más pequeñas son las partículas, mayor es la presión de la radiación solar. Al ver la formación de una estructura como una cola, lo que estamos viendo es que son partículas en grandes cantidades, por eso lo vemos como una mancha brillante que está reflejando la luz, y por otra parte cuanto más alejadas están del lugar donde fueron generadas, más pequeñas son porque fueron sopladas más rápidamente” detalla Gonzalo.

Aún a casi seis meses del impacto, Dimorphos sigue luciendo su cola. “Las observaciones de las últimas semanas, si bien muestran una cola, indican que es muchísimo más débil. Todavía no hay claros indicios de que se produzca lo que llamamos una separación entre la cola y el núcleo del objeto” señala. Pero los buenos momentos no duran para siempre. “En algún momento va a producirse esa separación y la cola va a quedar despegada del núcleo, pero por ahora eso no se está observando. Todavía están planeadas observaciones con el Telescopio Espacial Hubble para ver si finalmente se produce esa separación”.

Ver eso sería magnífico, contaría la película completa. Pero antes hay que ver si no corremos el riesgo de perder de vista al asteroide. “Bueno sí, estamos corriendo contra el tiempo porque Dimorphos se está alejando de nosotros, lo que hace que sea más débil el objeto y también más débil el brillo de las partículas reflejadas” dice Gonzalo, que cuenta que ya se está “muy cerca del límite de observación”. Pero además, nos dice, en los próximos meses Dimorphos dejará de ser observado debido a su cercanía relativa en dirección al Sol. “Pensamos que quizás podamos seguir observándolo un par de meses más, ver todavía una tenue cola y quizás un inicio de separación” confiesa.

“Lo que venimos viendo está muy en la línea con lo que hemos visto en asteroides activados. Estas colas producidas en un evento de impacto perduran por meses porque la velocidad a la cual salen las partículas es muy lenta” sostiene Gonzalo.

“En este momento las partículas que se están separando del núcleo son partículas del orden de centímetros. En las próximas semanas van a ser capaz que del entorno de los diez centímetros. Estamos viendo cómo va a evolucionar, pero también ya empieza a aparecer el problema de que cuanto más grandes son las partículas, menor cantidad de partículas hay y menor es el área reflectante” dice Gonzalo. Con un área menor reflejando luz, las observaciones se resienten: sirve más muchísimo polvo que muchas piedritas. “En este momento estamos hablando de partículas que no son las típicas partículas de polvo pequeñitas del orden de los micrones o milímetros, sino como de pequeños pedacitos de pedregullo los que se están separando, partículas de varios centímetros de diámetro” agrega.

Le pregunto a Gonzalo si sabemos cuándo Dimorphos va a dejar de ser un asteroide drag, cuándo dejará de verse disfrazado y volverá a su forma más discreta. ¿Hay fecha para el fin de su performance? “Tenemos reuniones todos los lunes y todos estamos contentos de verlo todavía con cola” dice entre risas Gonzalo. Pero saben que el espectáculo no será para siempre. “En algún momento la cola se va a volver tan tenue que ya no la vamos a poder detectar” reconoce.

El posible fin del show será de acá a dos meses, de todas formas no los encontrará sin saber qué hacer. “Ya empezamos a trabajar comparando lo que observamos en Dimorphos con lo que se ha observado en otros asteroides activados” adelanta.

Gonzalo participó de la bajada de escalafón de Plutón, o dicho de una forma más constructiva, de la definición más precisa de lo de que hoy se considera un planeta por la comunidad astronómica. Ahora está trabajando para volvernos a ayudar a comprender mejor la naturaleza de algunos cuerpos celestes, en este caso tratando de definir, junto a colegas, cómo se originan y cómo no los asteroides activados.

“En la ciencia se construyen hipótesis. Muchas veces la tarea de algunos es poner a prueba esas hipótesis” reconoce Gonzalo. “Se manejó la hipótesis de que los asteroides activados podían ser generados por un proceso de sublimación, pero muchas de las observaciones que estamos obteniendo no van en esa línea. Parte del proceso de construcción del conocimiento científico es cuestionar hipótesis o teorías que se han venido planteando, como que Plutón era un planeta y entendimos que no, o que estos asteroides son cometas. Nosotros pensamos que son otro tipo de objetos. Vamos a ver qué pasa en los próximos meses cuando reanalicemos todas las observaciones que se han hecho de asteroides activos a ver si nuestras hipótesis se ajustan mejor a lo observado o no. En este caso del asteroide impactado, es claro que sí” afirma Gonzalo.

Uruguay entonces, por más sueños febriles recientes, no construye sondas espaciales ni lanza cohetes al espacio. No tenemos astronautas ni cosmódromos. Nuestros observatorios astronómicos son modestos. Sin embargo, desde aquí podemos participar de la aventura de definir qué es un planeta o ayudar a entender cómo ciertos asteroides cada tanto generan una cola que los hace lucir como cometas. Con ciencia grande no hay país pequeño.

Artículo: Ejecta from the DART-produced active asteroid Dimorphos
Publicación: arXiv (aceptado para publicación en Nature, marzo 2023)
Autores: Jian-Yang Li, Masatoshi Hirabayashi, Tony Farnham, Jessica Sunshine, Matthew Knight, Gonzalo Tancredi, Fernando Moreno, Brian Murphy et al.

Artículo: Orbital Period Change of Dimorphos Due to the DART Kinetic Impact
Publicación: arXiv (aceptado para publicación en Nature, marzo 2023)
Autores: Cristina Thomas et al.

Artículo: Momentum Transfer from the DART Mission Kinetic Impact on Asteroid Dimorphos
Publicación: arXiv (aceptado para publicación en Nature, marzo 2023)
Autores: Andrew Cheng et al.

Artículo: Successful Kinetic Impact into an Asteroid for Planetary Defense
Publicación: arXiv (aceptado para publicación en Nature, marzo 2023)
Autores: Terik Daly et al.