Wetenschappers van de Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) en Rutgers University hebben eenvoudige concepten uit de granulaire fysica gebruikt om de merkwaardige diamantvormen van twee "near Earth" asteroïden te verklaren.

Asteroïden zijn rotsachtige lichamen die rond de zon draaien. Wat ze fascinerend maakt voor onderzoekers, is dat ze zijn gemaakt van overgebleven materialen - de materie die niet werd opgenomen in de grotere planeten toen het zonnestelsel werd gevormd, ongeveer 4,6 miljard jaar geleden. Dus, ze kunnen licht werpen op de vroege dagen van het zonnestelsel en de vorming van de planeten. De meeste asteroïden zitten vast in de asteroïdengordel, een gebied tussen Jupiter en Mars. Deze afstand tot de aarde maakt ze moeilijk te bestuderen. Maar, zo nu en dan, een asteroïde zal ontsnappen en dichter naar de aarde drijven, waardoor het mogelijk is om ze van dichtbij te fotograferen met een onbemand ruimtevaartuig.

Dit is wat er gebeurde met deze twee diamantvormige asteroïden - Bennu en Ryugu. Zowel Bennu als Ryugu worden geclassificeerd als puinhopen asteroïden, wat betekent dat ze zijn samengesteld uit veel kleinere stukjes rotsachtig materiaal die losjes bij elkaar worden gehouden door de zwaartekracht. Eigenlijk, het zijn gewoon granen die met elkaar in wisselwerking staan, zoals het zand op onze stranden.

"Eerdere modellen hebben deze diamantvormen toegeschreven aan de krachten veroorzaakt door de rotatie, waardoor materiaal van de polen naar de evenaar werd gedreven. Maar toen de asteroïden met deze modellen werden gesimuleerd, de vorm was afgeplat of asymmetrisch in plaats van diamant, dus we wisten dat er iets niet klopte, " verklaarde Dr. Tapan Sabulala, hoofdauteur van het artikel gepubliceerd in korrelige materie en onderzoeker in de Fluid Mechanics Unit van OIST. "We ontdekten dat deze modellen een belangrijk ingrediënt misten, het afzetten van materiaal. En een eenvoudig granulair natuurkundig model, normaal gebruikt voor de afzetting van korrels zoals zand of suiker, zou de waargenomen vorm kunnen voorspellen."

Stel je voor dat je zand of suiker door een trechter giet. Een cocktail van verschillende krachten zorgt ervoor dat het een conische stapel vormt (zoals een feestmuts). Korrelfysici kunnen de vorm van de paal voorspellen op basis van de verschillende krachten die op de korrels inwerken. Dr. Sabuwala, naast professor Pinaki Chakraborty die de eenheid leidt en professor Troy Shinbrot van de Rutgers University, bracht deze ideeën over naar de asteroïden.

Dr. Sabuwala legde uit hoe, op deze asteroïden, de zwaartekracht is anders georiënteerd dan die ervaren door een zandhoop op het strand. "We moesten dit meenemen in ons model, naast het feit dat de rotatie van de asteroïde ook een belangrijke rol speelt, " hij zei.

Dus, in plaats van de conische vorm die wordt gezien in de opeenhoping van korrels op aarde, de krachten die op de asteroïden aan het werk waren, produceerden diamantvormen. De middelpuntvliedende kracht, veroorzaakt door rotatie, afgenomen nabij de polen van de asteroïden, waardoor materiaal zich daar ophoopt, en resulterend in hun kenmerkende verheven uiterlijk. Een ander belangrijk onderscheid van dit model (in vergelijking met eerdere modellen) is dat het suggereert dat deze asteroïden met puinhopen niet zijn begonnen als een bol en vervormen tot een diamantvorm. Liever, de opeenhoping van puin zorgde ervoor dat de diamantvorm al heel vroeg in de vorming van de asteroïde ontstond, en elke daaropvolgende omvorming was minimaal. Verder, het idee dat de diamantvormen werden gegoten tijdens de vroege stadia van de vorming van asteroïden, terwijl het op gespannen voet staat met eerdere modellen, komt overeen met recente waarnemingen.

De onderzoekers toonden de nauwkeurigheid van dit model door middel van simulaties en ontdekten dat de gesimuleerde asteroïden de kenmerkende diamantvorm vormden, hun theorie verder ondersteunen.

"We hebben eenvoudige concepten van hoe korrels stromen gebruikt om uit te leggen hoe deze asteroïden hun merkwaardige vormen aannamen, " zei professor Chakraborty. "Dat eenvoudige ideeën complexe problemen kunnen verlichten, is, aan ons, misschien wel het meest heerlijke aspect van dit werk."