IN ATTESA DELLA MISSIONE DELLA NASA IN PARTENZA NEL 2022

Mappa termica dell’asteroide metallico 16 Psyche

Sfruttando la potenza delle antenne Alma in Cile e la tecnica dell'interferometria è stata prodotta la prima immagine della temperatura di 16 Psyche a una risoluzione di 30 km/pixel – la più alta mai ottenuta da terra per immagini della temperatura di un asteroide. Ne parliamo con Saverio Cambioni, uno dei tre autori dello studio che riporta il risultato su Planetary Science Journal

     11/08/2021
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Le emissioni a lunghezze d’onda millimetriche rivelano la temperatura dell’asteroide 16 Psyche mentre ruota nello spazio. Crediti: Katherine de Kleer et a.

La Nasa lo raggiungerà nel 2026, nel frattempo i ricercatori cercano di conoscerlo meglio dalla Terra. Parliamo dell’asteroide 16 Psyche, che – con un diametro di 210 km – è il più grande fra gli oggetti di tipo M nella fascia principale tra le orbite di Marte e Giove. Sfruttando la potenza delle antenne cilene dell’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma), un team guidato da Katherine de Kleer del Caltech ha prodotto la prima mappa termica dell’asteroide (scoperto nel 1852 dallo scienziato italiano Annibale De Gasparis, matematico e astronomo dell’Osservatorio astronomico di Capodimonte, a Napoli), esaminando le emissioni di lunghezza d’onda millimetriche e fornendo nuove informazioni sulle sue proprietà superficiali. I risultati, descritti in un articolo pubblicato su Planetary Science Journal lo scorso 5 agosto, rappresentano un passo avanti verso la risoluzione del mistero dell’origine di questo insolito oggetto – da molti ritenuto un protopianeta mancato.

Studiare oggetti così piccoli e lontani dalla Terra (la sua distanza varia tra i 179,5 e i 329 milioni di chilometri) rappresenta una sfida significativa per i planetaristi, motivo per cui la Nasa lancerà la missione Psyche nel 2022. In genere, 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, tuttavia, per gli scienziati è oro: consente di studiare l’inerzia termica dell’asteroide, o la velocità con cui si riscalda alla luce del Sole. In questo caso, grazie alle antenne Alma gli esperti sono riusciti a ottenere la prima immagine della temperatura di Psyche a una risoluzione di 30 km/pixel.

Abbiamo intervistato Saverio Cambioni, uno dei tre autori dell’articolo. Dopo la laurea in ingegneria spaziale alla Sapienza di Roma e il  dottorato di ricerca in scienze planetarie al Lunar and Planetary Laboratory dell’Università dell’Arizona, a Tucson, Cambioni sta continuando la sua ricerca accademica come ricercatore postdoc al California Institute of Technology (Caltech) nell’ambito delle scienze planetarie.

Siete riusciti a produrre la prima mappa della temperatura dell’asteroide 16 Psyche. Ci spiega meglio i risultati dello studio?  

«Il nostro studio rappresenta un passo avanti per capire la natura di questo enigmatico asteroide. Psyche potrebbe essere un frammento del cuore di un piccolo pianeta che si formò circa 4,5 miliardi di anni fa nel Sistema solare, ma che poi fu distrutto da una collisione. Tuttavia, le osservazioni con telescopi da terra non sono state in grado finora di capire se effettivamente Psyche sia un frammento di un pianeta, o se invece si tratti du un asteroide primitivo composto di materiali ricchi in metallo.  Nella nostra ricerca abbiamo usato Alma per ottenere la mappa della temperatura di Psyche con una risoluzione spaziale di circa 30 km/pixel. Questa è la più alta risoluzione mai ottenuta da terra per immagini della temperatura di un asteroide. L’analisi dei dati indica che il materiale sulla superficie di Psyche è composto almeno per il 30 per cento di metallo. Il modello che spiega meglio i dati è che il metallo sia in forma di grani sparsi fra le (o nelle) rocce che compongono la superficie di Psyche».

Saverio Cambioni, ricercatore postdoc al Caltech

Perché è importante studiare la temperatura di oggetti come 16 Psyche? 

«16 Psyche è il più grande asteroide della classe M. Gli oggetti di questo tipo hanno uno spettro nel visibile e vicino infrarosso che è simile a quello dei meteoriti di metallo che si sono formati nel cuore di planetesimi. Planetesimi di 100-200 chilometri si formarono nel Sistema solare circa 4,5 miliardi di anni fa. In alcuni di questi oggetti, il loro materiale si fuse formando un cuore di metallo e un mantello di rocce. Alcuni planetesimi crebbero di dimensione raccogliendo detriti che si muovevano nel disco protoplanetario e diventarono grandi come la Terra. Altri invece furono distrutti da collisioni con altri planetesimi. Queste collisioni hanno prodotto un grande quantitativo di frammenti, alcuni dei quali sono adesso nella nostra collezione di meteoriti. Psyche potrebbe essere uno di questi frammenti; studiare Psyche e in generale gli asteroidi di classe M è quindi un’opportunità per studiare direttamente il cuore dei pianeti terrestri — qualcosa che non possiamo fare sulla Terra. Tuttavia, le osservazioni da terra ci stanno dicendo che Psyche e altri asteroidi di classe M potrebbero non essere quello che abbiamo sempre pensato. Per esempio, la superficie di Psyche è ricca in metalli; tuttavia la densità di Psyche (bulk density, massa/volume) è più bassa di quello che ci si aspetterebbe da un corpo interamente composto da metalli. Stiamo applicando la nostra tecnica di osservazioni anche ad altri asteroidi della fascia principale per capire meglio la natura di questi affascinanti oggetti. Anche se non possiamo escludere che Psyche sia un frammento di un protopianeta, i nostri risultati rinforzano altre idee per la natura di questo asteroide proposte in passato, come per esempio che sia un asteroide primitivo ricco in metallo che si è formato vicino al Sole».

Ci può spiegare come avete effettuato le osservazioni?

«L’emissione termica di Psyche è stata osservata usando Alma, che è un telescopio composto di 66 antenne radio distribuite sull’altopiano Chajnantor in Cile. Le antenne osservano a lunghezze d’onda millimetriche all’unisono; questo permette di combinare il segnale acquisito dalle diverse antenne conservando la fase dei vari segnali e quindi producendo un segnale equivalente a quello osservato da un putativo telescopio “sintetico” con un diametro effettivo di 16 chilometri, quindi molto più grande di una singola antenna di Alma, che ha un diametro di 12 metri. Questa tecnica è ben nota e si chiama interferometria. Più è grande il telescopio, più è alta la risoluzione spaziale delle immagini; questo ci ha permesso di ottenere la prima immagine della temperatura di Psyche ad una risoluzione di 30 km/pixel. Osservazioni analoghe nell’infrarosso tipicamente hanno un solo pixel e non producono immagini, mentre il nostro approccio permette di ottenere una immagine dell’asteroide con circa 50 pixel. Il segnale dalle antenne è stato convertito in immagini utilizzando una serie di metodi computazionali, come la trasformata di Fourier e deconvoluzioni del segnale. Le osservazioni sono state analizzate attraverso un modello termico per studiare immagini di asteroidi ad alta risoluzione».

Rappresentazione artistica di 16 Psyche. Crediti: Asu/Peter Rubin

Oltre alla temperatura dell’oggetto, avete scoperto anche altri dettagli sulla sua composizione?  

«La temperatura di un asteroide è un potente vettore di informazioni riguardo la composizione della superficie. Osservando l’asteroide per 2/3 della sua rotazione, siamo stati in grado di misurare come la sua superficie si raffredda durante la notte e si riscalda durante il giorno, ovvero abbiamo potuto misurare la sua inerzia termica. L’inerzia termica è funzione della conduttività termica e densità dei frammenti di materiale che compongono i primi centimetri della superficie. Il nostro studio conferma che Psyche ha un’inerzia termica più alta rispetto a quella che uno si aspetterebbe per un asteroide della sua dimensione, il che suggerisce la presenza di metalli sulla superficie. Inoltre, abbiamo trovato che la luce emessa da Psyche non è fortemente polarizzata, il che suggerisce che il metallo è nella forma di grani sparsi fra le (o nelle) rocce sulla superficie. Abbiamo infine osservato la presenza di anomalie termiche sulla superficie che stiamo adesso studiando con un modello più avanzato».

Nel 2022 verrà lanciata una sonda della Nasa dedicata a questo asteroide. Perché ci interessa questo bitorzoluto e insolito oggetto nella fascia principale?

«Uno dei motivi per cui è interessante studiare 16 Psyche è perché possiamo imparare molto sulla composizione, struttura e proprietà magnetiche del cuore dei pianeti terrestri. Non possiamo fare questo osservando direttamente il cuore della Terra, perché è ben nascosto alla vista da chilometri e chilometri di roccia. Inoltre, Psyche è una finestra sul passato del Sistema solare, quando i pianeti erano giovani e collisioni violenti erano frequenti. Parte della mia ricerca verte sullo studio di queste collisioni, che pensiamo abbiamo caratterizzato i primi milioni di anni di vita dei pianeti e quindi le loro proprietà. Infine, ci auguriamo che il nostro studio possa aver fornito informazioni utili per la missione Psyche della Nasa, vale a dire capire che ambiente termico la sonda incontrerà e informazioni a priori sulla sua composizione superficiale».

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