Cómo la estructura interna de un asteroide podría revelar datos sobre el origen de los planetas

Los grandes cráteres en la superficie del asteroide 16 Psyche ofrecen claves únicas sobre su origen y la estructura interna que podría revelar etapas desconocidas de la formación planetaria en el sistema solar primitivo.

Científicos del Laboratorio Lunar y Planetario de la Universidad de Arizona prevén que la llegada en 2029 de la sonda espacial Psyche de la NASA permitirá, por fin, comprobar si este cuerpo es un núcleo metálico planetario expuesto, o una mezcla más compleja de materiales, y así descifrar las condiciones que dieron lugar a los planetas, según publicó la universidad en JGR Planets.

A diferencia de otros objetos del cinturón principal de asteroides, solo menos del 10 % poseen un alto contenido metálico. Entre estos, el 16 Psyche destaca no solo por ser el mayor —con un diámetro de 225 kilómetros— sino también por presentar señales que lo convierten en una pieza central para entender el reparto de metales en los primeros cuerpos planetarios, según el artículo firmado por Kylianne Chadwick y su equipo en la Universidad de Arizona.

Un reciente estudio impulsado por el laboratorio de Arizona, según detalló Baijal, se enfocó en cómo la porosidad interna del asteroide —es decir, la cantidad de espacio vacío en su estructura— modifica de manera significativa la forma y profundidad de los cráteres producidos tras colisiones de alta velocidad. Esta variable, a menudo pasada por alto por la dificultad de incorporarla en modelos matemáticos, se demostró fundamental para predecir tanto la morfología de las cuencas de impacto como la distribución de los materiales eyectados.

El asteroide metálico más grande y su estructura interna

La naturaleza de 16 Psyche ha fascinado a la comunidad astronómica desde su identificación hace casi dos siglos. Científicos debaten si se trata del resto de un núcleo planetario despojado de su manto rocoso por violentas colisiones, o si es más bien el producto de mezclas sucesivas entre roca y metal derivadas de impactos catastróficos, como ilustran los meteoritos metálicos hallados en la Tierra.

Baijal, candidata a doctora en el laboratorio dirigido por Asphaug, explicó que el grupo simuló la formación de un gran cráter cerca del polo norte de Psyche, apoyándose para ello en el modelo tridimensional basado en observaciones telescópicas. En esas simulaciones se replicó una concavidad característica de unos 48 kilómetros de diámetro y 5 kilómetros de profundidad, generada por el impacto de un objeto de aproximadamente cinco kilómetros golpeando a 16 Psyche a la velocidad típica de colisiones en el cinturón de asteroides: 5 kilómetros por segundo.

Las conclusiones del estudio —publicado en JGR Planets— sostienen que “la formación del cráter es coherente con ambos escenarios sobre la composición de Psyche“, y permiten anticipar patrones observables que serán verificados cuando la misión de la NASA alcance el asteroide a finales de esta década.

Simulaciones y modelos: dos hipótesis para entender a Psyche

El equipo liderado por Baijal y Asphaug diseñó sus experimentos virtuales considerando dos configuraciones principales para la estructura interna del asteroide: una estratificada, con núcleo metálico en el centro y manto rocoso periférico —posible resultado de un desmantelamiento parcial tras una colisión— y otra con mezcla homogénea de metal y silicato, fruto de impactos aún más energéticos que recombinaron los materiales.

Cada uno de estos modelos producía formas diferentes en los cráteres simulados. Cuando la composición estaba separada en capas, las simulaciones sugerían la posibilidad de observar fragmentos ricos en metal entre los residuos eyectados. En cambio, una composición heterogénea predecía distribuciones más irregulares, como las halladas en algunos meteoritos metálicos de origen asteroidal.

La variable de la porosidad —introducida en las simulaciones a partir de estudios previos de cuerpos menores— resultó decisiva: según Baijal, en asteroides porosos la energía del impacto se absorbe con mayor eficiencia. Esto da lugar a cráteres más profundos y empinados y reduce la cantidad de material eyectado sobre la superficie. En palabras de Baijal: “La porosidad suele ignorarse porque es difícil incluirla en los modelos, pero nuestras simulaciones muestran que puede afectar significativamente el proceso de impacto y la forma de los cráteres resultantes”.

La investigación destaca que esta porosidad, un rasgo propio de cuerpos no compactos sometidos a impactos sucesivos, afecta no solo la profundidad y el perfil de los cráteres, sino también el modo en que los fragmentos ricos en metal quedan proyectados en la superficie, lo que podrá ser examinado con los datos que aportará la nave espacial en los próximos años.

Un laboratorio natural para entender los inicios planetarios

El análisis del asteroide 16 Psyche permite a los astrofísicos aproximarse de forma indirecta a los procesos que actuaron durante la formación de planetas, dado que acceder físicamente a los núcleos de la Tierra, Marte o Venus es inviable con la tecnología actual. Así lo ejemplificó Erik Asphaug, profesor del laboratorio de Arizona, quien comparó la estrategia con una inspección forense en una “pizzería abandonada”: “Los cocineros se marcharon hace mucho tiempo, pero podemos observar lo que quedó —los hornos, los restos de masa, los ingredientes— y deducir cómo se preparaban las pizzas”, señaló Asphaug. “No podemos llegar al núcleo de la Tierra, Marte o Venus, pero tal vez podamos llegar al núcleo de un asteroide primitivo”, sumó.

Comprender si Psyche es en realidad el núcleo despojado de un protoplaneta —donde la mayor parte de la corteza fue arrancada por colisiones— abriría una “ventana a una etapa violenta de la formación planetaria”, según explicó Baijal. Alternativamente, si la estructura es una mezcla, permitirá comparar directamente con los meteoritos metálicos encontrados en la Tierra y reconstruir el grado en que las grandes colisiones contribuyeron a la dispersión de metales en los cuerpos menores.

El bloque autónomo que responde directamente a la pregunta central del estudio queda así: El asteroide 16 Psyche es el mayor asteroide metálico del cinturón principal y un objeto clave para entender la formación planetaria. En un estudio con simulaciones de impacto, científicos de la Universidad de Arizona concluyeron que la forma y profundidad de los cráteres de Psyche dependerán de su porosidad y estructura interna. La próxima misión de la NASA, que llegará en 2029, intentará determinar si Psyche es un núcleo planetario expuesto o el resultado de una violenta mezcla de roca y metal.

La misión Psyche de la NASA: expectativas y potencial para la ciencia planetaria

La sonda espacial Psyche, actualmente en ruta gracias al programa de la NASA, transporta una dotación instrumental para analizar la superficie, el campo gravitatorio, el campo magnético y la composición del asteroide. Según el estudio citado por JGR Planets, el diseño de estos experimentos y predicciones permitirá comparar de forma directa la teoría con la observación, ya que las mediciones, especialmente las vinculadas a la morfología de los cráteres y a la densidad interna, señalarán si existe estratificación o mezcla de materiales.

Adeene Denton, investigadora postdoctoral y coautora del trabajo, remarcó el avance metodológico que supone este enfoque: “Al tratar con rigor la forma, la porosidad y la composición de Psyche, este trabajo representa un verdadero hito para nuestra capacidad de simular de forma realista los impactos en tipos únicos de asteroides", expresó.

Las simulaciones predicen además otros fenómenos relacionados, como las variaciones de densidad causadas por la compresión del interior del asteroide debida a impactos previos, y la distribución de fragmentos ricos en metal proyectados tras cada colisión. Estos datos, junto con el análisis de los cráteres más profundos, permitirán a los científicos estimar de manera indirecta la distribución de materiales bajo la superficie, un resultado inalcanzable mediante métodos telescópicos.

Cuando la nave Psyche arribe al asteroide a finales de la década, el equipo internacional integrado por geoquímicos, geólogos y modeladores se enfocará en analizar y confrontar las observaciones directas con las predicciones formuladas en Arizona. “Cuando la nave espacial llegue a Psyche dentro de unos años, los geoquímicos, geólogos y modeladores del equipo estarán observando el mismo objeto e intentando interpretar lo que veamos. Este trabajo nos da una ventaja inicial", señaló Asphaug.

El estudio del asteroide 16 Psyche se perfila así como un laboratorio natural sin precedentes para evaluar teorías sobre colisiones, acumulación de metales y diferenciación planetaria en los albores del sistema solar. En 2029, la verificación experimental de estas simulaciones ofrecerá respuestas a uno de los mayores enigmas de la astronomía moderna.