Observaciones pasadas de telescopios desde la Tierra habían sugerido la presencia de grandes franjas de material de grano fino de menos de unos pocos centímetros llamado regolito fino.
Pero cuando la misión OSIRIS-REx de la NASA llegó a Bennu a fines de 2018, la misión vio una superficie cubierta de rocas. La misteriosa falta de regolito fino se volvió aún más sorprendente cuando los científicos de la misión observaron evidencia de procesos potencialmente capaces de triturar rocas en regolito fino.
Una nueva investigación, publicada en Nature y dirigida por Saverio Cambioni, de la Universidad de Arizona, utilizó aprendizaje automático y datos de temperatura de la superficie para resolver el misterio. Cambioni realizó la investigación en el Laboratorio Lunar y Planetario de la universidad. Él y sus colegas finalmente descubrieron que las rocas altamente porosas de Bennu son responsables de la sorprendente falta de regolito fino de la superficie.
«El ‘REx’ en OSIRIS-REx significa Regolith Explorer, por lo que mapear y caracterizar la superficie del asteroide fue un objetivo principal», dijo el coautor del estudio e investigador principal de OSIRIS-REx, Dante Lauretta, profesor Regents de Ciencias Planetarias en la Universidad de Arizona. «La nave espacial recopiló datos de muy alta resolución para toda la superficie de Bennu, que se redujo a 3 milímetros por píxel en algunas ubicaciones. Más allá del interés científico, la falta de regolito fino se convirtió en un desafío para la misión en sí, porque la nave espacial fue diseñada para recolectar tal material «.
Un comienzo difícil y respuestas sólidas
«Cuando llegaron las primeras imágenes de Bennu, notamos algunas áreas donde la resolución no era lo suficientemente alta como para ver si había rocas pequeñas o regolito fino. Comenzamos a usar nuestro enfoque de aprendizaje automático para distinguir el regolito fino de las rocas usando emisión térmica (infrarrojos) datos «, dijo Cambioni.
La emisión térmica del regolito fino es diferente a la de las rocas más grandes, porque el tamaño de sus partículas controla al primero, mientras que el segundo está controlado por la porosidad de la roca. El equipo primero construyó una biblioteca de emisiones térmicas asociadas con regolito fino mezclado en diferentes proporciones con rocas de diversa porosidad. A continuación, utilizaron técnicas de aprendizaje automático para enseñar a una computadora cómo «conectar los puntos» entre los ejemplos, dijo Cambioni. Analizaron 122 áreas en la superficie de Bennu, que fueron observadas tanto de día como de noche.
«Solo el aprendizaje automático podría explorar de manera eficiente un conjunto de datos tan grande», dijo Cambioni.
Cambioni y sus colaboradores encontraron algo sorprendente cuando se completó el análisis de datos: el regolito fino no se distribuyó al azar en Bennu. En cambio, fue hasta varias decenas de por ciento en esas pocas áreas donde las rocas no son porosas y sistemáticamente más bajas donde las rocas tienen una mayor porosidad, que es la mayor parte de la superficie.
El equipo concluyó que muy poco regolito fino se produce a partir de las rocas altamente porosas de Bennu porque están comprimidas en lugar de fragmentadas por los impactos de meteoroides. Como una esponja, los vacíos dentro de las rocas amortiguan el golpe de los meteoroides entrantes. Estos hallazgos también están de acuerdo con experimentos de laboratorio de otros grupos de investigación.
«Básicamente, una gran parte de la energía del impacto se destina a aplastar los poros que restringen la fragmentación de las rocas y la producción de nuevo regolito fino», dijo la coautora del estudio Chrysa Avdellidou, investigadora postdoctoral en el Centro Nacional de Ciencias Científicas de Francia. Investigación (CNRS) – Laboratorio Lagrange del Observatorio y Universidad Côte d’Azur en Francia. Además, Cambioni y sus colegas demostraron que el agrietamiento causado por el calentamiento y enfriamiento de las rocas de Bennu a medida que la asteroide gira durante el día y la noche avanza más lentamente en rocas porosas que en rocas más densas, frustrando aún más la producción de regolito fino.
«Cuando OSIRIS-REx entregue su muestra de Bennu (a la Tierra) en septiembre de 2023, los científicos podrán estudiar las muestras en detalle», dijo Jason Dworkin, científico del proyecto OSIRIS-REx en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. «Esto incluye probar las propiedades físicas de las rocas para verificar este estudio».
Otras misiones tienen evidencia para respaldar los hallazgos del equipo. La misión Hayabusa2 de la Agencia Japonesa de Exploración y Aeroespacial (JAXA) a Ryugu, un asteroide carbonoso como Bennu, descubrió que Ryugu también carece de regolito fino y tiene rocas de alta porosidad. Por el contrario, la misión Hayabusa de JAXA en 2005 reveló abundante regolito fino en la superficie del asteroide Itokawa, un asteroide de tipo S con rocas de una composición diferente a Bennu y Ryugu. Un estudio anterior también de Cambioni y sus colegas proporcionó evidencia de que sus rocas son menos porosas que las de Bennu y Ryugu utilizando observaciones de la Tierra.
«Durante décadas, los astrónomos disputaron que los pequeños asteroides cercanos a la Tierra pudieran tener superficies de roca desnuda», dijo el coautor del estudio Marco Delbo, director de investigación del CNRS, también en el Laboratorio Lagrange. «La evidencia más indiscutible de que estos pequeños asteroides podrían tener un regolito fino sustancial surgió cuando la nave espacial visitó los asteroides de tipo S Eros e Itokawa en la década de 2000 y encontró un regolito fino en sus superficies».
El equipo predice que grandes franjas de regolito fino deberían ser poco comunes en los asteroides carbonosos, el más común de todos los tipos de asteroides observados, y que el equipo espera que tengan rocas de alta porosidad como Bennu. Por el contrario, predicen que los terrenos ricos en regolitos finos serán comunes en los asteroides de tipo S, el segundo tipo de asteroides más poblado observado en el sistema solar, que esperan tener rocas más densas y menos porosas que los asteroides carbonáceos.
«Esta es una pieza importante en el rompecabezas de lo que impulsa la diversidad de las superficies de los asteroides», dijo Cambioni. «Se cree que los asteroides son reliquias del sistema solar temprano, por lo que comprender la evolución que han experimentado en el tiempo es crucial para comprender cómo se formó y evolucionó el sistema solar. Ahora que conocemos esta diferencia fundamental entre los asteroides carbonosos y los de tipo S, el futuro los equipos pueden preparar mejor las misiones de recolección de muestras dependiendo de la naturaleza del asteroide objetivo «.
Cambioni continúa su investigación sobre diversidad planetaria como distinguido becario postdoctoral en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias del Instituto de Tecnología de Massachusetts.
La Universidad de Arizona dirige el equipo científico OSIRIS-REx y la planificación de la observación científica y el procesamiento de datos de la misión. El Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, brinda administración general de misiones, ingeniería de sistemas y garantía de seguridad y misión para OSIRIS-REx. Lockheed Martin Space en Littleton, Colorado, construyó la nave espacial y proporciona operaciones de vuelo. Goddard y KinetX Aerospace son responsables de la navegación de la nave espacial OSIRIS-REx. OSIRIS-REx es la tercera misión del Programa Nuevas Fronteras de la NASA, administrado por el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama, para la Dirección de Misiones Científicas de la agencia en la Sede de la NASA en Washington, D.C.