Гитарист группы Queen и астрофизик Брайан Мэй объединился с исследователями астероидов, чтобы исследовать поразительное сходство и удивительное различие между отдельными телами, исследуемыми космическими зондами. Исследовательская группа изучала астероиды на базе суперкомпьютера, в котором использовались симулированные столкновения с большими астероидами для выявления вероятного происхождения объектов. Об их работе сообщается в Nature Communications 27 мая 2020 года.
Как астероид Бенну диаметром 525 м, который посещал аппарат NASA OSIRIS-REx, так и астероид Рюгу диаметром 1 км, которого достиг японский Hayabusa-2, имеют одинаковую отличную форму волчка и одинаковую плотность материала. Однако в паре содержится разное количество воды, что показано в спектральном картировании гидратации материалов. Рюгу кажется слабо увлажненным по сравнению с Бенну, несмотря на то, что он сравнительно молодой в астероидном выражении, возраст которого оценивается всего в 100 миллионов лет.
«Формы астероидов и уровень их гидратации могут служить реальными индикаторами их происхождения и истории», - говорит соавтор Брайан Мэй.
Тайна в форме волчка
Это исследование было проведено Патриком Мишелем, директором CNRS по исследованиям французской обсерватории Лазурного берега, а также ведущим ученым миссии ESA по защите планет Гера. Он отмечает, что это исследование также имеет отношение к Гере, которая изучит двойную астероидную систему Дидимос.
«Форма волчка Бенну и Рюгу, включая выраженную экваториальную выпуклость, является общей для многих других астероидов, включая первичный 780-метровый астероид Дидимос», - объясняет Патрик.
«Основная гипотеза заключается в том, что высокая скорость вращения приводит к тому, что центробежная сила меняет свою форму с течением времени, когда материал движется от полюсов к экватору. Такое вращение со временем может быть вызвано постепенным потеплением из-за солнечного света, известным как эффект Ярковского-О'Киф-Радзиевского-Паддака (YORP), названного в честь четырех разных исследователей астероидов.
Задание НАСА по двойному перенаправлению астероидов, DART, предназначено для столкновения с меньшим из двух тел бинарной астероидной системы Didymos осенью 2022 года. Затем миссия ESA Hera проведет последующие наблюдения после удара.
«Для Дидимоса это могло бы объяснить, откуда взялся маленький спутник Дидимоса А - из материала, который вырвался из быстро вращающегося экватора. В случае с Бенну и Рюгу, однако, существует проблема: тщательный осмотр выявил большой кратер на их экваториальных грядах, что позволяет предположить, что эти особенности сформировались очень рано в истории астероидов».
Полученные результаты ставят вопрос, объясняет со-ведущий автор Рон Баллуз из Лунной и Планетарной лаборатории в Университете Аризоны: «Являются ли эти свойства - форма астероида, плотность, более или менее высокие уровни гидратации - следствием эволюции этих объектов? Однажды сформировавшаяся, или непосредственный итог их формирования?».
Шаг назад во времени
Как способ оглянуться назад, исследователи провели численное моделирование разрушения астероидов размером 100 км в результате столкновений.
Моделирование проводилось с использованием кластера суперкомпьютеров Bluecrab, управляемого Центром перспективных исследований Мэриленда, через Университет Джона Хопкинса и Университет Мэриленда.
«Моделирование было чрезвычайно вычислительным, и на его выполнение ушло несколько месяцев», - добавляет Патрик Мишель. «Наиболее сложной частью было моделирование процесса повторного накопления, которое включало детальное кодирование контакта с частицами, включая трение при качении, скольжении и сдвиге. Мы также смотрели на уровень нагрева фрагментов после удара, определяя уровень их гидратации. Мы обнаружили, что в то время как процесс повторного накопления приводил к широкому разнообразию форм, существует тенденция к вращающемуся верху, поскольку агрегирующий материал может быть захвачен в центральном диске и в конечном итоге образует вращающийся волчок или, по меньшей мере, повторно накопленный сфероид. Затем этот сфероид может быть ускорен эффектом YORP, чтобы сформировать экваториальную выпуклость в кратчайшие сроки для астероидов, менее миллиона лет, что объясняет то, что мы видим на Бенну и Рюгу».
Другой вывод команды заключается в том, что конечные уровни гидратации могут заметно различаться среди агрегатов, образовавшихся в результате разрушения их родительского организма. Брайан Мэй работал с Клаудией Мандзони из лондонской стереоскопической компании над созданием стереограмм 3D-изображений непосредственных последствий ударов, показывая отдельные фрагменты, демонстрирующие большое разнообразие уровней нагрева и, следовательно, гидратации.
«Таким образом, во время столкновения можно сформировать объект, такой как Бенну, который испытал незначительный ударный нагрев, а другой - с более нагретым материалом, таким как Рюгу», - объясняет Брайан Мэй.
Родословная астероидов
Патрик Мишель добавляет: «В результате, Бенну и Рюгу могут быть частью одного семейства астероидов, происходящих от одного и того же родительского тела, несмотря на их очень разные уровни гидратации. Мы знаем, что они происходят из одного и того же региона пояса астероидов, что делает это более вероятным, хотя мы будем точно знать, когда сможем проанализировать образцы астероидов, которые должны быть возвращены Hayabusa-2 и OSIRIS-REx».
Брайан Мэй участвовал в исследованиях астероидов, в том числе в научных командах Hayabusa-2 и OSIRIS-REx, а также в качестве члена Консультативного совета проекта по моделированию и защите полезных данных околоземных объектов (NEO-MAPP), финансируемого программа H2020 Европейской комиссии.
