Simulaciones en 3D del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore estudian cómo una detonación nuclear podría destruir un asteroide de 160 metros

Investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) han publicado en The Planetary Science Journal un estudio en el que utilizan el código de simulación Spheral para modelar en tres dimensiones cómo una detonación nuclear cerca de la superficie de un asteroide podría fragmentar y dispersar el cuerpo. El trabajo, liderado por Isaiah Santistevan, analizó tres escenarios de disrupción sobre un asteroide de forma irregular de unos 160 metros de diámetro.

Spheral frente a Ares: validación con más de 1.500 simulaciones en 1D

Antes de abordar los escenarios en tres dimensiones, el equipo comparó más de 1.500 simulaciones unidimensionales de Spheral con los resultados del código Ares, también de LLNL y ya consolidado en el campo de la deflexión de asteroides. Los cálculos de ambos códigos mostraron un alto grado de concordancia, lo que dio a los investigadores la confianza necesaria para escalar el análisis a modelos 3D más complejos.

Spheral está diseñado específicamente para modelar problemas que implican daño en materiales, fractura y fragmentación, según explicó Santistevan. Esa capacidad lo diferencia de herramientas más generales y lo hace especialmente adecuado para reproducir cómo un asteroide respondería al calentamiento y vaporización rápida de su superficie al recibir los rayos X de un dispositivo nuclear detonado en sus proximidades.

Dos de los tres escenarios muestran signos de disrupción completa

Los tres escenarios modelados variaron tanto la distancia de la detonación hipotética respecto a la superficie del asteroide como los supuestos sobre la facilidad con que el material del cuerpo se fracturaría. Dos de las simulaciones mostraron señales claras de disrupción.

En la simulación de mayor duración, aproximadamente el 98% del material del asteroide resultó completamente dañado, con su capacidad de permanecer cohesionado severamente comprometida. Además, cerca del 97% de ese material se desplazaba a una velocidad superior a la velocidad de escape del asteroide, y la mayoría lo hacía en direcciones opuestas, lo que indica que el cuerpo estaba en proceso de fragmentarse.

«Lo alentador es que vemos cómo el asteroide sufre daños extensos mientras el material se mueve con suficiente rapidez para escapar de su atracción gravitatoria. Son indicadores importantes de que el asteroide está en proceso de disrupción, y las simulaciones en 3D nos permiten examinar ese proceso con mucho mayor detalle», afirmó Santistevan.

Los resultados también revelaron que la distancia de detonación influye de forma no obvia en el resultado. Una detonación más lejana de la superficie depositó menos energía total, pero produjo daños más extendidos porque esa energía se distribuyó sobre un área mayor. Los investigadores advierten que esto no significa que detonar más lejos sea siempre más eficaz: el enfoque óptimo depende del tamaño, la forma y la composición del asteroide, así como de si el objetivo es la deflexión o la disrupción completa.

La simulación más larga empleó 1.680 procesadores durante 59 días para cubrir 145 milisegundos

El estudio pone de manifiesto la enorme exigencia computacional de este tipo de análisis. La simulación más extensa utilizó 1.680 procesadores durante 59 días y avanzó el cálculo hasta apenas 145 milisegundos de tiempo físico real. Para determinar las trayectorias finales de los fragmentos, el modelo tendría que ejecutarse durante periodos mucho más prolongados.

Ese análisis a largo plazo es necesario porque una disrupción robusta requiere demostrar que ningún fragmento restante supera los 10 metros de diámetro y que los fragmentos se dispersan en lugar de reagruparse. Las simulaciones actuales no alcanzaron ese punto, aunque la extensión del daño y el movimiento del material en dos de los casos apuntan con fuerza a que el proceso de disrupción estaba en marcha.

«Estas simulaciones nos dan una imagen mucho más detallada de cómo podría responder un asteroide a un intento de mitigación nuclear», señaló Santistevan. «Poder modelar el daño, la fractura y el movimiento del material en tres dimensiones es un paso importante hacia la mejora de nuestra capacidad para evaluar opciones de defensa planetaria.»

El contexto en el que se inscribe esta investigación es el de las opciones de emergencia para objetos de gran tamaño o con tiempos de advertencia cortos. La mitigación nuclear permitiría entregar al asteroide mucha más energía que la que aporta el impacto cinético de una nave espacial, el método demostrado por la misión DART de la NASA en 2022 al golpear deliberadamente Dimorphos, la luna del asteroide Dídimo.

Próximos pasos: acelerar los cálculos y modelar asteroides de escombros

El equipo del LLNL tiene previsto trabajar en la aceleración de los tiempos de simulación y en la mejora de la resolución de los modelos. También planea incorporar estructuras de asteroides más realistas, incluidos los denominados «rubble-pile» o montones de escombros, cuerpos formados por fragmentos sueltos unidos por la gravedad. Paralelamente, los investigadores planean comparar las simulaciones con experimentos de laboratorio a pequeña escala.

Fuente: phys.org