Un attento esame delle emissioni di lunghezza d'onda millimetriche dall'asteroide Psiche, che la NASA intende visitare nel 2026, ha prodotto la prima mappa della temperatura dell'oggetto, fornendo nuove informazioni sulle sue proprietà superficiali. Le scoperte, descritto in un articolo pubblicato in Giornale di scienze planetarie (PSJ) il 5 agosto sono un passo verso la soluzione del mistero dell'origine di questo insolito oggetto, che è stato pensato da alcuni come un pezzo del nucleo di un protopianeta sfortunato.

Psiche orbita intorno al sole nella cintura degli asteroidi, una regione di spazio a forma di ciambella tra la Terra e Giove che contiene più di un milione di corpi rocciosi di dimensioni comprese tra 10 metri e 946 chilometri di diametro.

Con un diametro di oltre 200 km, Psiche è il più grande degli asteroidi di tipo M, una classe enigmatica di asteroidi che si pensa siano ricchi di metalli e quindi potenzialmente potrebbero essere frammenti dei nuclei di proto-pianeti che si sono dissolti durante la formazione del sistema solare.

"Il primo sistema solare era un luogo violento, mentre i corpi planetari si univano e poi si scontravano l'uno con l'altro mentre si stabilivano in orbite attorno al sole, "dice Katherine de Kleer del Caltech, assistente professore di scienze planetarie e astronomia e autore principale del PSJ articolo. "Pensiamo che i frammenti dei nuclei, mantelli, e le croste di questi oggetti rimangono oggi sotto forma di asteroidi. Se è vero, ci dà la nostra unica vera opportunità di studiare direttamente i nuclei di oggetti simili a pianeti".

Studiare oggetti così piccoli che sono così lontani dalla Terra (Psiche va alla deriva a una distanza che varia tra 179,5 e 329 milioni di km dalla Terra) rappresenta una sfida significativa per gli scienziati planetari, ecco perché la NASA ha in programma di inviare una sonda a Psiche per esaminarla da vicino. Tipicamente, le osservazioni termiche dalla Terra, che misurano la luce emessa da un oggetto stesso piuttosto che la luce del sole riflessa da quell'oggetto, sono in lunghezze d'onda infrarosse e possono produrre solo immagini di asteroidi da 1 pixel. Quel pixel lo fa, però, rivelare molte informazioni; Per esempio, può essere utilizzato per studiare l'inerzia termica dell'asteroide, o quanto velocemente si riscalda alla luce del sole e si raffredda al buio.

"Una bassa inerzia termica è tipicamente associata a strati di polvere, mentre un'elevata inerzia termica può indicare rocce in superficie, " dice Saverio Cambioni di Caltech, borsista post-dottorato in scienze planetarie e coautore del PSJ articolo. "Però, distinguere un tipo di paesaggio dall'altro è difficile." I dati della visualizzazione di ciascuna posizione della superficie in molte ore del giorno forniscono molti più dettagli, conducendo a un'interpretazione meno ambigua, e che forniscono una previsione più affidabile del tipo di paesaggio prima dell'arrivo di un veicolo spaziale.

De Kleer e Cambioni, insieme al coautore Michael Shepard della Bloomsburg University in Pennsylvania, ha sfruttato l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Cile, divenuta pienamente operativa nel 2013, per ottenere tali dati. La schiera di 66 radiotelescopi ha permesso al team di mappare le emissioni termiche dall'intera superficie di Psyche a una risoluzione di 30 km (dove ogni pixel è 30 km per 30 km) e di generare un'immagine dell'asteroide composta da circa 50 pixel.

Questo è stato possibile perché ALMA ha osservato Psiche a lunghezze d'onda millimetriche, che sono più lunghe (da 1 a 10 millimetri) delle lunghezze d'onda dell'infrarosso (tipicamente tra 5 e 30 micron). L'uso di lunghezze d'onda più lunghe ha permesso ai ricercatori di combinare i dati raccolti dai 66 telescopi per creare un telescopio efficace molto più grande; più grande è un telescopio, maggiore è la risoluzione delle immagini che produce.

Lo studio ha confermato che l'inerzia termica di Psiche è elevata rispetto a quella di un tipico asteroide, indicando che Psiche ha una superficie insolitamente densa o conduttiva. Quando de Kleer, Cambioni, e Shepard hanno analizzato i dati, hanno anche scoperto che l'emissione termica di Psyche, la quantità di calore che irradia, è solo il 60 percento di quello che ci si aspetterebbe da una superficie tipica con quell'inerzia termica. Poiché l'emissione superficiale è influenzata dalla presenza di metallo sulla superficie, la loro scoperta indica che la superficie di Psiche non è inferiore al 30 percento di metallo. Un'analisi della polarizzazione dell'emissione ha aiutato i ricercatori a determinare approssimativamente quale forma assume quel metallo. Una superficie solida e liscia emette luce polarizzata ben organizzata; la luce emessa da Psiche, però, era disperso, suggerendo che le rocce in superficie siano costellate di grani metallici.

"Sappiamo da molti anni che gli oggetti di questa classe non lo sono, infatti, metallo solido, ma cosa siano e come si siano formati è ancora un enigma, " dice de Kleer. I risultati rafforzano proposte alternative per la composizione della superficie di Psiche, incluso che Psiche potrebbe essere un asteroide primitivo che si è formato più vicino al sole di quanto non lo sia oggi invece di un nucleo di un protopianeta frammentato.

Le tecniche descritte in questo studio forniscono una nuova prospettiva sulla composizione della superficie degli asteroidi. The team is now expanding its scope to apply these techniques to other large objects in the asteroid belt.

The study was enabled by a related project by the team led by Michael Shepard at Bloomsburg University that utilized de Kleer's data in combination with data from other telescopes, including Arecibo Observatory in Puerto Rico, to pin down the size, forma, and orientation of Psyche. That in turn allowed the researchers to determine which pixels that had been captured actually represented the asteroid's surface. Shepard's team was scheduled to observe Psyche again at the end of 2020, but damage from cable failures shut the telescope down before the observations could be made.

The paper is titled "The Surface of (16) Psyche from Thermal Emission and Polarization Mapping."