Investigating (65803) Didymos properties and dynamical evolution as an N-body system

The dynamics governing asteroids, particularly those exhibiting traits of rubble-piles, remain a compelling and open area of research. This complexity arises from the challenges associated with analysing the interactions between their components, along with the numerous factors and constraints that can influence their evolutionary trajectories. This research delves into the dynamics and characterization of rubble-pile asteroids, focusing on the case of asteroid (65803) Didymos. The asteroid's dynamical behaviour is addressed, specifically exploring the influence of its properties and internal structure on its evolution as an N-body system undergoing gravitational interactions and contacts. The main objective of this research is to establish correlations between Didymos's properties, such as shape and mass distribution, and its dynamical evolution. Additionally, the potential existence of a rigid core within Didymos's rubble-pile structure is explored. A numerical approach is carried out using the GRAINS N-body DEM code. Diverse models of Didymos, ranging from those with a rigid core to more homogeneous aggregates, are considered. The simulations explore the impact of a defined internal volume’s density on the asteroid's long-term evolution, providing a controlled environment to collect data. The effects of different configurations on the asteroid's gravitational interactions are presented through rigorous post-processing of the significant parameters related to aggregate evolution. The results obtained reveal that a rigid core significantly influences the final configuration, providing insights into the dynamical evolution of rubble-pile asteroids. The core stabilizes the system, reducing asymmetrical deformations and mass losses, and introducing distinctive features. Also, the movement of the system's barycenter is found to affect the inner particles of the aggregate. Thus, this work contributes to advancing rubble-pile asteroid knowledge, improving predictions that aid mission planning and Earth's defense against impact threats, relevant to upcoming missions like ESA's Hera.

Le dinamiche che governano gli asteroidi, in particolare quelli che presentano caratteristiche di rubble-pile, rimangono un'area di ricerca in evoluzione. Questa complessità deriva dalle sfide associate all'analisi delle interazioni tra i loro componenti, insieme ai numerosi fattori e vincoli che possono influenzare le loro traiettorie evolutive. Questa ricerca approfondisce le dinamiche e la caratterizzazione degli asteroidi rubble-pile, concentrandosi sul caso dell'asteroide (65803) Didymos. Viene indagato il comportamento dinamico dell'asteroide, esplorando l'influenza delle sue proprietà e della struttura interna sulla sua evoluzione come sistema N-body sottoposto a interazioni gravitazionali e contatti. L'obiettivo principale di questa ricerca è stabilire correlazioni tra le proprietà di Didymos, come forma e distribuzione di massa, e la sua evoluzione dinamica. Inoltre, viene esplorata la potenziale esistenza di un nucleo rigido all'interno della sua struttura. Viene adottato un approccio numerico utilizzando il codice N-body GRAINS e considerando diversi modelli di Didymos, a partire da quelli con un nucleo rigido ad aggregati più omogenei. Le simulazioni esplorano l'impatto della densità di un volume interno sull’evoluzione dell'asteroide, fornendo un ambiente controllato per raccogliere dati. Gli effetti di diverse configurazioni sulle interazioni gravitazionali dell'asteroide sono presentati attraverso un rigoroso post-processing dei parametri significativi per l’evoluzione dell'aggregato. I risultati ottenuti rivelano che un nucleo rigido influenza significativamente la configurazione finale, offrendo approfondimenti sull'evoluzione dinamica degli asteroidi rubble-pile. Il nucleo stabilizza il sistema, riducendo deformazioni asimmetriche e perdite di massa, e introducendo tratti distintivi. Inoltre, emerge che il movimento del baricentro del sistema influisce sulle particelle interne dell'aggregato. Quindi, questo lavoro contribuisce ad ampliare la conoscenza sugli asteroidi rubble-pile, migliorando le previsioni che supportano la pianificazione di missioni, come Hera dell'ESA, e la difesa della Terra contro minacce di collisione.