Ny 2-D och 3-D datormodellering av nedslag på asteroiden Psyche, den största asteroiden i huvudbältet, indikerar att den förmodligen är metallisk och porös till sin sammansättning, något som en flygande kosmisk stenhög. Att veta att detta kommer att vara avgörande för NASA:s kommande asteroiduppdrag, Psyche:Journey to a Metal World, som lanseras 2022.

"Det här uppdraget kommer att vara det första att besöka en metallisk asteroid, och ju fler vi, det vetenskapliga samfundet, vet om Psyche innan lanseringen, desto mer sannolikt kommer uppdraget att ha de lämpligaste verktygen för att undersöka Psyche och samla in data, sade Wendy K. Caldwell, Los Alamos National Laboratory Chick Keller postdoktor och huvudförfattare på en artikel publicerad nyligen i tidskriften Icarus. "Psyche är en intressant kropp att studera eftersom det sannolikt är kvarlevan av en planetarisk kärna som stördes under ackretionsstadiet, och vi kan lära oss mycket om planetarisk bildning från Psyche om den verkligen är primärt metallisk."

Modellering av stötstrukturer på Psyche bidrar till vår förståelse av metallkroppar och hur kratringsprocesser på stora metallföremål skiljer sig från dem på steniga och isiga kroppar, noterade hon.

Teamet tillhandahåller de första 3D-modellerna av bildandet av Psyches största nedslagskrater, och det är det första arbetet med att använda nedslagskratermodeller för att informera om asteroidens sammansättning. 2-D- och 3-D-modellerna indikerar en sned anslagsvinkel där ett inkommande föremål skulle ha träffat asteroidens yta, deformera Psyche på ett mycket specifikt och förutsägbart sätt, med tanke på det troliga material som är involverat.

Metaller deformeras annorlunda än andra vanliga asteroidmaterial, som silikater, och nedslag i mål med liknande sammansättning som Psyche bör resultera i kratrar liknande de som observerats på Psyche.

En animationsvideo som använder lagets simuleringsutdata visar ett teoretiskt effektscenario som kunde ha lett till Psyches största krater. Simuleringen visar hur en del material kastas ut i rymden efter nedslaget och avslöjar kratermodifieringsstadiet, där nedslagsområdet visar det resulterande skadade materialet.

"Vår förmåga att modellera påverkan genom modifieringsstadiet är avgörande för att förstå hur kratrar bildas på metallkroppar, ", sa Caldwell. "I tidiga stadier av kraterbildning, målmaterialet beter sig som en vätska. I modifieringsstadiet, dock, hållfastheten hos målmaterialet spelar en nyckelroll i hur material som inte kastas ut "sätter sig" i kratern."

Forskarnas resultat bekräftar uppskattningar av Psyches kompositioner baserade på observationsmättekniker. Av särskilt intresse är det material som matchade bäst, Monel. Monel är en legering baserad på malm från Sudbury Crater, en påverkansstruktur i Kanada. Malmen tros ha kommit från stötorganet som bildade kratern, vilket betyder att malmen i sig sannolikt har utomjordiskt ursprung. Modelleringsframgångarna med Monel visar att Psyches materialsammansättning uppför sig på samma sätt under chockförhållanden som utomjordiska metaller.

Modelleringsverktyget som används i arbetet, körs på en Los Alamos superdator, var FLAG hydrokod, tidigare visat sig vara effektiv för att modellera nedslagskratrar och ett idealiskt val för att modellera kraterbildning på Psyche. Baserat på den troliga anslagshastigheten, lokal gravitation, och bulkdensitetsuppskattningar, bildandet av Psyches största krater dominerades sannolikt av styrka snarare än gravitation, sa Caldwell.

"Det är otroligt vad vi kan åstadkomma med laboratoriets resurser, " Caldwell noterade. "Våra superdatorer är några av de mest kraftfulla i världen, och för stora problem som asteroidnedslag, vi litar verkligen på våra numeriska modelleringsverktyg för att komplettera observationsdata."