Dinâmica ao redor de psyche

Abstract

O asteroide Psyche tem recebido atenção significativa na literatura científica por ser um dos maiores corpos do cinturão principal de asteroides, com um diâmetro estimado de cerca de 222 km. Classificado como um asteroide do tipo M, especula-se que ele possa ser o núcleo exposto de um protoplaneta, composto predominantemente de ferro-níquel. Inicialmente, acreditava-se que a densidade de Psyche fosse alta, alcançando valores de até 7.6 g/cm3 , sugerindo uma composição quase inteiramente metálica. No entanto, estudos mais recentes indicam uma densidade menor, entre 3.4 g/cm3 -4.1g/cm3 , revelando a possibilidade de uma mistura de metal com silicatos. Este trabalho explora as dinâmicas ao redor de Psyche considerando os limites inferior e superior dessa faixa de densidade. Para cada cenário, calculamos o potencial gravitacional usando o método de massas concentradas (mascons). Este método simplifica a forma irregular do asteroide ao representá-lo por um conjunto de massas pontuais, mantendo a mesma massa total. Embora não seja o método mais preciso disponível, sua vantagem está na eficiência em termos de tempo de simulação. A partir dos potenciais calculados, identificamos as posições dos pontos de equilíbrio ao redor de Psyche e analisamos sua estabilidade. A estabilidade linear é um fator que influencia diretamente o tempo de permanência de partículas em torno dos pontos de equilíbrio. Para entender esse efeito, simulamos órbitas ao redor de Psyche e analisamos o número de partículas que sobrevivem, colidem com o asteroide ou escapam do sistema, bem como o tempo que elas permanecem em órbita. Essas simulações foram conduzidas tanto sem considerar a pressão de radiação quanto com ela. Na simulação que inclui a pressão de radiação, atribuímos diferentes raios às partículas para determinar o ponto em que elas são varridas da vizinhança do asteroide devido à pressão de radiação. Calculamos também qual seria o raio de uma partícula equivalente à razão área-massa da sonda Psyche, com a finalidade de analisarmos a influência da pressão de radiação sobre a espaçonave. Esses dados são particularmente importantes para missões que planejam explorar o asteroide, como a Missão Psyche da NASA, lançada em 2023. Esta missão é pioneira ao investigar um objeto metálico no espaço, com o objetivo de esclarecer as incertezas sobre a composição e a origem de Psyche, um asteroide que pode oferecer esclarecimentos únicos sobre a formação dos planetas no Sistema Solar.

The asteroid Psyche has garnered significant attention in the scientific literature for being one of the largest bodies in the main asteroid belt, with an estimated diameter of about 222 km. Classified as an M-type asteroid, it is speculated to be the exposed core of a protoplanet, primarily composed of iron-nickel. Initially, its density was thought to be high, reaching values of up to 7.6 g/cm3 , suggesting an almost entirely metallic composition. However, more recent studies suggest a lower density, ranging between 3.4 g/cm3 -4.1g/cm3 , indicating the possibility of a mixture of metal and silicates. To address this uncertainty, this study explores the dynamics around Psyche, considering both the lower and upper limits of this density range. For each scenario, we calculate the gravitational potential using the mascons method. This method simplifies the irregular shape of the asteroid by representing it with a set of point masses, maintaining the same total mass. While not the most precise method available, it is efficient in terms of simulation time. From the calculated potentials, we identify the equilibrium points around Psyche and analyze their stability. Linear stability is a key factor that directly influences the duration particles remain around the equilibrium points. To understand this effect, we simulate orbits around Psyche and assess the number of particles that survive, collide with the asteroid, or escape from the system, as well as their time in orbit. These simulations were conducted both with and without considering radiation pressure. In the simulations that include radiation pressure, we assigned different sizes to the particles to determine the threshold at which they are swept away from the vicinity of the asteroid. We also calculated the radius of a particle equivalent to the area-to-mass ratio of the Psyche spacecraft, in order to analyze the influence of radiation pressure on the spacecraft. This data is particularly valuable for missions aiming to explore the asteroid, such as NASA’s Psyche Mission, launched in 2023. This mission is pioneering in its exploration of a metallic object in space, aiming to clarify uncertainties surrounding the composition and origin of Psyche, an asteroid that could provide unique insights into planetary formation in the Solar System.