Impresión artística de la nave espacial Parker Solar Probe acercándose al sol. Lanzada en 2018, la sonda aumenta nuestra capacidad de predecir eventos cósmicos importantes que afectan la vida en la Tierra. Crédito: NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben
Los meteoritos Gemínidas iluminan el cielo cuando pasan cerca de la Tierra cada invierno, produciendo una de las lluvias de meteoritos más intensas de nuestro cielo nocturno.
Los misterios del origen de esta corriente de meteoritos han fascinado a los científicos durante mucho tiempo, porque mientras que la mayoría de las lluvias de meteoritos se forman cuando un cometa emite una cola de hielo y polvo, las Gemínidas se originaron a partir de un asteroide, un trozo de roca que normalmente no produce un cola. Hasta hace poco, las Gemínidas solo se estudiaban desde la Tierra.
Ahora los científicos de Princeton han aprovechado observaciones de la misión Parker Solar Probe de la NASA para inferir que probablemente fue un evento violento y catastrófico, como una colisión a alta velocidad con otro cuerpo o una explosión de gas, lo que creó las Gemínidas. Hallazgos publicados en Revista de ciencia planetariareducir las hipótesis sobre la composición y la historia del asteroide que explicarían su comportamiento poco convencional.
“Los asteroides son como pequeñas cápsulas del tiempo para la formación de nuestro sistema solar”, dijo Jamey Szalay, científico del Laboratorio de Física Espacial de la Universidad de Princeton y coautor del artículo. “Se formaron cuando se formó nuestro sistema solar, y comprender su composición nos da otra parte de la historia”.
Asteroide inusual
A diferencia de la mayoría de las lluvias de meteoritos conocidas que provienen de cometas, que están hechos de hielo y polvo, el chorro de las Gemínidas parece provenir de un asteroide, un pedazo de roca y metal, llamado 3200 Phaethon.
“La mayoría de las corrientes de meteoroides se forman a través de un mecanismo cometario, es notable que este parezca provenir de un asteroide”, dijo Wolf Cukier, estudiante de pregrado de 2024 en Princeton y autor principal del artículo.
“Además, el chorro circula ligeramente fuera de su cuerpo principal cuando está más cerca del Sol, lo que no es obvio de explicar con solo mirarlo”, agregó, refiriéndose a investigación reciente con imágenes de las Gemínidas de la Sonda Solar Parker, dirigida por Karl Battams del Laboratorio de Investigación Naval.
A medida que el cometa se acerca al sol, se calienta más, lo que hace que el hielo de la superficie libere una cola de gas, que a su vez arrastra consigo pequeños trozos de hielo y polvo. Este material continúa arrastrándose detrás del cometa, permaneciendo en el campo gravitatorio del Sol. Con el tiempo, este proceso repetido llena la órbita del cuerpo principal con material, creando una corriente de meteoroides.
Pero debido a que los asteroides como 3200 Phaethon están hechos de roca y metal, generalmente no se ven afectados por el calor del sol como los cometas, lo que hace que los científicos se pregunten qué causa que se forme la corriente 3200 Phaethon en el cielo nocturno.
“Lo realmente extraño es que sabemos que 3200 Phaethon es un asteroide, pero cuando vuela cerca del sol, parece tener algún tipo de actividad relacionada con la temperatura”, dijo Szalay. “La mayoría de los asteroides no hacen eso”.
Algunos investigadores sugieren que 3200 Phaethon en realidad puede ser un cometa que ha perdido toda su nieve, dejando solo un núcleo rocoso similar a un asteroide. Pero los nuevos datos de Parker Solar Probe muestran que, si bien parte de la actividad de 3200 Phaethon está relacionada con la temperatura, la formación de la corriente Gemínida probablemente no fue causada por un mecanismo cometario sino por algo mucho más catastrófico.
Abriendo la cápsula del tiempo
Para aprender sobre el origen de la corriente Gemínida, Cukier y Szalay utilizaron nuevos datos de Parker Solar Probe para modelar tres posibles escenarios de formación, luego compararon estos modelos con modelos existentes basados en observaciones terrestres.
“Existe el llamado modelo ‘básico’ para la formación de un flujo de meteoroide y un modelo ‘rápido’ para la formación”, dijo Cukier. “Se llama ‘básico’ porque es lo más simple de modelar, pero en realidad ambos procesos son violentos, solo diferentes grados de violencia”.
Estos diferentes modelos reflejan la cadena de eventos que ocurrirían según las leyes de la física en base a diferentes escenarios. Sugar, por ejemplo, usó un modelo básico para simular todos los fragmentos de material liberados de un asteroide con velocidad relativa cero, o sin velocidad o dirección relativa a 3200 Faetón, para ver cómo se vería la órbita resultante y compararla con la órbita que se muestra. por datos de Parker Solar Probe.
Luego usó un modelo de formación violenta para simular el material que se libera del asteroide a una velocidad de hasta un kilómetro por hora en relación con él, como si las piezas hubieran sido expulsadas por un evento repentino y violento.
También simuló un modelo de cometa, el mecanismo por el cual se forman la mayoría de las corrientes de meteoroides. La órbita simulada resultante era la menos probable de coincidir con la apariencia real de la órbita de las Gemínidas según los datos de Parker Solar Probe, por lo que descartaron este escenario.
Al comparar las órbitas simuladas de cada modelo, el equipo encontró que los modelos violentos eran los más consistentes con los datos de Parker Solar Probe, lo que significa que un evento repentino y violento, como una colisión a alta velocidad con otro cuerpo o la explosión de gas, entre otras cosas, creó la corriente Gemínida.
La investigación se basa en el trabajo de Szalay y varios colaboradores en la misión Parker Solar Probe, construida y ensamblada en el Laboratorio de Física Aplicada (APL) de Johns Hopkins en Laurel, Maryland, para obtener imágenes de la estructura y el comportamiento de una gran nube de polvo que se arremolina. a través del sistema solar más interno.
Usaron la trayectoria de vuelo de Parker, una órbita que gira a solo millones de millas del sol, más cerca que cualquier nave espacial en la historia, para obtener la mejor vista directa de la nube de polvo de granos expulsados por el paso de cometas y asteroides.
Si bien la nave espacial no mide directamente las partículas de polvo, puede rastrear los granos de polvo de una manera inteligente: cuando los granos de polvo golpean la nave espacial en su camino, las colisiones de alta velocidad crean nubes de plasma. Estas nubes de choque producen señales de potencial eléctrico únicas que son captadas por varios sensores en el instrumento FIELDS de la nave espacial, que está diseñado para medir campos eléctricos y magnéticos cerca del sol.
“Los primeros datos de este tipo recopilados por nuestra nave espacial ahora se analizarán durante las próximas décadas”, dijo Nour Raouafi, científico del proyecto Parker Solar Probe en APL. “Es emocionante ver a científicos de todos los niveles y habilidades profundizar en esto para arrojar luz sobre el sol, el sistema solar y el universo más allá”.
Alcanzar las estrellas
Cukier dijo que su pasión por explorar el espacio, junto con el apoyo del departamento, lo motivó a seguir con este proyecto.
Después de tomar clases prácticas de laboratorio en el Laboratorio de Física Espacial de Princeton, donde adquirió experiencia práctica en la construcción de instrumentos espaciales como los que actualmente toman muestras del entorno solar a bordo de la Sonda Solar Parker, y de servir como tesorero del club de astronomía estudiantil, decidió quería dedicarse a la investigación extracurricular.
Fue recibido con entusiasmo cuando se puso en contacto con científicos del grupo de Física Espacial de Princeton. “Todos apoyan mucho la investigación de pregrado, especialmente en astrofísica, porque es realmente parte de la cultura del departamento”, dijo.
“Siempre es genial cuando nuestros estudiantes como Wolf pueden contribuir tanto a este tipo de investigación espacial”, dijo David McComas, jefe del grupo de Física Espacial y vicepresidente del Laboratorio de Física de Plasma de Princeton (PPPL). “Muchos de nosotros hemos estado entusiasmados con las exhibiciones de meteoritos Gemínidas durante años, y es sorprendente que finalmente tengamos datos e investigaciones que muestran cómo se formaron probablemente”.
Sugar dijo que se había sentido atraído por el cielo desde que era un niño. “La planetología es sorprendentemente fácil de acceder”, dijo. “Por ejemplo, con las Gemínidas, cualquiera puede salir el 14 de diciembre de este año por la noche y mirar hacia arriba. Es visible desde Princeton y algunos de los meteoros son realmente brillantes. Recomiendo encarecidamente verlo”.
Proporcionado por la Universidad de Princeton