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Gravitation of Rubble-pile Asteroid with Internal N-body Structure

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Las simulaciones realistas podrían arrojar más luz sobre los secretos de los asteroides dan vueltas por nuestro sistema solar

Las simulaciones de asteroides por fin corresponden a la realidad, y obtienen información sobre la formación y las interacciones de los asteroides de tipo «pila de escombros».

Espacio

Los asteroides son los cimientos de nuestro sistema solar, testigos intachables de la formación planetaria y su evolución. Se trata de los restos del proceso de formación original de hace unos 4 600 millones de años y han permanecido relativamente inalterados desde entonces. A fin de entender las condiciones físicas y químicas en que se formaron los planetas, los científicos necesitan obtener más información sobre la composición, la evolución y las interacciones de los asteroides. Mediante un paralelismo con una escena del crimen, la sangre derramada (los asteroides) a veces puede desvelar más sobre el caso que el cuerpo que yace en el suelo (los planetas). A pesar de la reciente oleada de actividades de exploración, se sabe muy poco sobre los asteroides. La mayoría de la información disponible proviene de telescopios terrestres, lo cual no es suficiente para reconstruir las propiedades fundamentales, como su estructura interna. Además, hasta ahora, algunas sondas espaciales han visitado unos pocos planetoides (varios asteroides, planetas enanos y objetos del cinturón de Kuiper).

Las simulaciones de n-cuerpos se suman al conocimiento actual

«Las simulaciones numéricas ofrecen un gran potencial para simular las propiedades y la evolución dinámica de los asteroides con un coste relativamente bajo. Sin embargo, los pioneros métodos numéricos no son lo suficientemente precisos», indica Fabio Ferrari, coordinador del proyecto GRAINS, el cual recibió financiación en el marco del programa Marie Skłodowska-Curie. GRAINS trabajó para mejorar el realismo de dichas simulaciones y permitir la explotación de bajo coste de los datos de los estudios disponibles. Las simulaciones de n-cuerpos se encuentran entre los métodos más adecuados para estudiar los asteroides de tipo pila de escombros. «Se cree que la mayoría de asteroides pequeños y medianos son pilas de escombros. El término se utiliza ampliamente para indicar que estos objetos celestes están hechos de materiales ligeramente consolidados que solo se mantienen unidos por la gravedad mutua, en vez de la fuerza del material», explica Ferrari. Con una resistencia a la tracción mínima o inexistente, se denominan aglomerados débiles ya que sus cimientos (rocas y piedras) se mantienen unidos por la gravedad. «Las simulaciones de n-cuerpos pueden reproducir los escenarios de aglomeración tras la disrupción del asteroide y permite el estudio de la evolución colisional y dinámica de los elementos cohesionados (fragmentos) hasta la formación de un aglomerado estable». Otro defecto importante de las simulaciones de n-cuerpos es que solo pueden gestionar partículas esféricas o de masa puntual y no pueden modelizar el movimiento corporal rígido de cada uno de los fragmentos. Las simulaciones multicuerpo que modelizan el movimiento dinámico de las partículas granulares pueden describir las interacciones físicas entre un gran número de cuerpos rígidos con formas complejas. Sin embargo, este método no puede gestionar las interacciones de la gravedad.

Combinar lo mejor de ambos mundos

GRAINS avanzó a grandes pasos hacia una representación más realista de la dinámica granular y gravitacional en comparación con los métodos vanguardistas. «Aprovechamos las ventajas de ambos códigos en una única implementación numérica que puede abordar de forma precisa y adecuada el problema granular y gravitacional asociado. Primero, nuestra nueva herramienta numérica puede gestionar con eficiencia y precisión las interacciones entre la gravedad y el contacto o la colisión de un gran número (cientos de miles) de fragmentos no esféricos», indica Ferrari. El equipo del proyecto implementó códigos desarrollados recientemente para reproducir propiedades generales de los asteroides de tipo pila de escombros conocidos (Bennu, Ryugu y Didymos). Los resultados de la simulación tuvieron una resolución espacial y una precisión muy elevadas.

Por qué los asteroides son tan importantes

Los asteroides no solo ayudan a responder preguntas fundamentales sobre la formación de nuestro sistema solar. Los científicos también han llegado a reconocer que esos pequeños mundos pueden usarse como recursos de combustible para naves espaciales en su camino hacia destinos más lejanos. En última instancia, algunos asteroides pueden ser peligrosos para la Tierra. La misión AIDA tiene como objetivo probar y validar modelos de impacto para saber si una nave espacial podría desviar un asteroide con una trayectoria de colisión con la Tierra.

Palabras clave

GRAINS, asteroides, simulaciones, interacciones, pila de escombros, simulaciones de n-cuerpos, granular

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