Midiendo la fuerza cohesiva de fragmentos de meteoritos para identificar la movilidad de los asteroides
Por Thamarasee Jeewandara, Phys.org
22 de marzo de 2023.
Representación artística del cinturón de asteroides entre Marte y Júpiter en el sistema solar. Crédito: mopic/shutterstock
La fuerza cohesiva de las partículas de asteroides influye en la microgravedad y se puede evaluar bajo varios supuestos de tamaño de partícula y su sensibilidad a la forma de la partícula. Aproximadamente cientos de kilogramos de material caen a la atmósfera de la Tierra diariamente desde el espacio y se filtran como pequeños granos y polvo fino. Muchos meteoritos que llegan a la Tierra desde el espacio son fragmentos de asteroides.
En un nuevo informe publicado ahora en Science Advances, Yuuya Nagaashi y un equipo de investigación en planetología de la Universidad de Kobe en Japón, realizaron mediciones de fuerza cohesiva de fragmentos de meteoritos. La fuerza cohesiva de las partículas de asteroides era de órdenes de magnitud más pequeña, lo que resultó en la alta movilidad de las partículas de la superficie de asteroides identificadas durante la exploración espacial. Para los astrobiólogos interesados en la historia más antigua de la Tierra y el Sistema Solar, estas partículas que han sobrevivido casi inalteradas ofrecen información significativa del período más antiguo de la historia del Sistema Solar.
Las fuerzas fundamentales detrás del origen de los planetas.
El inicio de la formación planetaria se basa en fuerzas cohesivas y adhesivas entre tipos de partículas similares y diferentes que son clave para comprender los procesos evolutivos y eólicos en los planetas. La fuerza cohesiva es un factor fundamental que influye en los procesos de coagulación y afecta a los cuerpos pequeños en ambientes de microgravedad. Por ejemplo, constituye la fuerza fundamental que subyace a la migración de partículas debido a la presión del gas de una nave espacial o debido a las aceleraciones de ondas sísmicas resultantes de un impacto.
Para realizar mediciones directas de tales fuerzas cohesivas, Nagaashi y sus colegas utilizaron el método centrífugo y produjeron fragmentos de condrita carbonácea de Allende y Tagish Lake mediante el uso de un motor y una maja, y obtuvieron muestras con estructuras superficiales bien caracterizadas. El equipo realizó mediciones en condiciones de evacuación o después de calentarlas para observar el impacto subyacente.
Caracterización técnica de fragmentos de meteoritos.
Para estudiar la forma de los fragmentos de meteoritos, Nagaashi y el equipo utilizaron microscopía óptica y microscopía de escaneo láser confocal. Los resultados no distinguieron entre métodos de fragmentación, ni indicaron una diferencia significativa en las mediciones de fuerza cohesiva entre fragmentos del mismo meteorito. Sin embargo, cuando el equipo comparó dos tipos de meteoritos, notaron que la fuerza cohesiva de los fragmentos de Allende era varias veces mayor que la de los fragmentos de Tagish Lake.
Los investigadores utilizaron microscopía de fuerza atómica para revelar las estructuras superficiales finas de los fragmentos de meteoritos obtenidos de las muestras del lago Tagish y demostraron que las fuerzas cohesivas dependen de las estructuras superficiales en la escala submicrónica. Cuando calentaron las muestras, la fuerza cohesiva aumentó entre tres y cuatro veces debido a la evaporación del vapor de agua superficial y la reducción de la composición del agua, lo que resultó en un proceso de adhesión superficial proporcionalmente mayor para revelar que la cohesión en los fragmentos de meteoritos dependía de su topología superficial.
Los constituyentes del meteorito suelen ser más finos después de sufrir alteraciones acuosas subyacentes y gruesos después de la alteración térmica. Convencionalmente, los científicos habían detectado la fuerza cohesiva de las partículas en las superficies de los asteroides basándose en las fuerzas de van der Waals que eran proporcionales al tamaño de las partículas.
El número de bonos.
Los puntos de contacto entre las partículas dependían de la relación entre las fuerzas gravitacional y cohesiva, conocida como número de enlace. Los científicos habían asumido previamente que la fuerza cohesiva era proporcional al tamaño de las partículas; sin embargo, la fuerza cohesiva total por fragmento fue menor, lo que indica la movilidad de las partículas en un cuerpo asteroidal pequeño.
Nagaashi y el equipo estudiaron más a fondo la movilidad de las partículas en un pequeño cuerpo asteroidal en relación con la presión necesaria para superar la fuerza de la gravedad y la adhesión y obtuvieron valores inferiores a los esperados. Tal evidencia de transferencia de masa fue común a los asteroides Itokawa, Ryugu y Bennu, validando las estimaciones teóricas realizadas en el estudio. Además, la deformación plástica de las partículas puede conducir a una mayor fuerza de cohesión, que los investigadores consideraron en los asteroides al examinar su apariencia superficial o topología.
Panorama.
De esta manera, Yuuya Nagaashi y sus colegas examinaron y caracterizaron las fuerzas cohesivas o de adhesión que subyacen a los meteoritos o partículas de asteroides. Se puede obtener un modelo general del proceso de formación del Sistema Solar a partir de la evidencia obtenida de meteoritos y mediante investigaciones telescópicas de asteroides. El trabajo descrito aquí se centra en comprender las fuerzas de cohesión y adhesión que subyacen a la aglomeración de granos dentro de una capa de polvo para formar grumos que acumularon materia sólida en planetesimales a gran escala. Tales cuerpos finalmente crecieron rápidamente para formar planetas embrionarios.
El cinturón de asteroides primario ubicado entre Marte y Júpiter representa los restos sobrevivientes de la población de embriones planetarios y protoplanetarios tempranos del Sistema Solar interior. Los meteoritos que se originan en esta población del cinturón de asteroides brindan información detallada para medir las fuerzas cohesivas y adhesivas que subyacen al origen del Sistema Solar.
Fuente:
https://phys.org/news/2023-03-cohesive-meteorite-fragments-mobility-asteroids.html