Astronomowie odkryli w głównym pasie asteroid 138 ciał skalistych wielkości 138 dekametrów, co oznacza najmniejsze asteroidy, jakie kiedykolwiek zaobserwowano.
To przełomowe odkrycie ma ważne implikacje dla zrozumienia populacji asteroid, procesów ich powstawania i obrony planet.
Odkrycie i badanie asteroid
Najbardziej znane asteroidy krążą w głównym pasie asteroid pomiędzy Mars I Jupiterokoło 250 milionów kilometrów od Ziemi. Od czasu odkrycia pierwszej asteroidy w 1801 roku skatalogowano prawie 750 000, a większość zidentyfikowano w ostatniej dekadzie dzięki szeroko zakrojonym przeglądom nieba prowadzonym w pogodne noce. Większość z tych asteroid ma rozmiar ponad kilometra, a największa, Westa, ma średnicę około 530 kilometrów. Szacuje się, że wiele milionów mniejszych nie zostało jeszcze zidentyfikowanych. Pomimo tak dużych liczb łączna masa wszystkich asteroid jest wciąż mniejsza niż masa ziemskiego Księżyca.
Czasami siły grawitacyjne Marsa i Jowisza kierują niektóre asteroidy w stronę Ziemi. Są one znane jako asteroidy bliskie Ziemi i do tej pory odkryto ich około 35 000, a coraz więcej odnajduje się regularnie. Na przestrzeni dziejów wiele z nich zderzało się z Ziemią i innymi planetami, kształtując ich cechy geologiczne i wpływając na ewolucję życia na Ziemi. Obecnie asteroidy te są aktywnie monitorowane i badane w ramach wysiłków związanych z obroną planetarną.
Wspólne badania egzoplanet i asteroid
„Badania małych ciał Układu Słonecznego mają ogromne znaczenie, ponieważ dają nam unikalny obraz wczesnych faz naszego układu, jeszcze zanim powstały planety. Możliwość obserwacji najmniejszych asteroid pasa głównego nie tylko dałaby nam wskazówki na temat elementów składowych planet, ale także zapewniła wyjątkowe wgląd w źródło meteorytów spadających na Ziemię” – wyjaśnia Jehin, planetolog z Uniwersytetu w Liège część nowego badania prowadzonego przez MIT astronomowie (i absolwenci ULiege) Burdanov i de Wit. „Ale do tej pory w głównym pasie dostrzeżono tylko asteroidy o długości około 1 km lub większej”.
De Wit i jego zespół skupiają się przede wszystkim na poszukiwaniach i badaniach egzoplanet – światów poza Układem Słonecznym – które mogą nadawać się do zamieszkania. Naukowcy należą do grupy kierowanej przez astronoma z ULiège Gillona, która w 2016 roku odkryła układ planetarny wokół TRAPPIST-1, maleńkiej czerwonej gwiazdy znajdującej się około 40 lat świetlnych od Ziemi. Korzystając najpierw z Małego Teleskopu Tranzytujących Planet i Planetizmów ULiège (TRAPPIST) w Chile, zespół potwierdził za pomocą wielu innych teleskopów, że w tej gwieździe znajduje się siedem skalistych planet wielkości Ziemi, z których kilka znajduje się w strefie zamieszkiwalnej. System TRAPPIST-1 szybko stał się najczęściej obserwowanym i najlepiej scharakteryzowanym układem egzoplanetarnym. W 2023 roku Gillon i inni współpracownicy korzystali z najpotężniejszego obserwatorium w podczerwieni — the NASA’S Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) — poszukiwanie śladów atmosfer wokół dwóch wewnętrznych planet układu.
Chociaż wyniki te są nadal analizowane, de Wit i Burdanov zastanawiali się, czy te same dane, które wykorzystano do badania egzoplanet, można wykorzystać ponownie i wykorzystać w poszukiwaniu nieoczekiwanych asteroid przecinających przez przypadek pole widzenia TRAPPIST-1.
Innowacyjne techniki wykrywania asteroid
W tym celu wykorzystali technikę „przesuwania i układania” obrazu opracowaną po raz pierwszy w latach 90. XX wieku. Metoda ta polega na przesuwaniu wielu obrazów tego samego pola widzenia i układaniu ich w stosy, aby sprawdzić, czy słaby obiekt poruszający się z odpowiednią prędkością może przyćmić szum tła. Metoda ta wymaga znacznych zasobów obliczeniowych, ponieważ obejmuje testowanie ogromnej liczby scenariuszy lokalizacji asteroidy, ale została już pomyślnie przetestowana przez zespół MIT przy użyciu najnowocześniejszych procesorów graficznych (procesorów graficznych), które mogą przetwarzać ogromną ilość danych obrazowych przy dużych prędkościach.
Zespół zastosował to podejście do ponad 10 000 zdjęć JWST pola TRAPPIST-1, które pierwotnie uzyskano w celu poszukiwania oznak atmosfer wokół wewnętrznych planet układu. Po przetworzeniu zdjęć badaczom udało się dostrzec osiem znanych asteroid w pasie głównym. Następnie spojrzeli dalej i odkryli 138 nowych asteroid, wszystkie o średnicy kilkudziesięciu metrów – najmniejsze odkryte do tej pory asteroidy z pasa głównego. Podejrzewają, że kilka asteroid jest w drodze, aby stać się obiektami bliskimi Ziemi, a jedna z nich to prawdopodobnie trojan – asteroida podążająca za Jowiszem.
Odkrycia i implikacje dla rodzin asteroid
„Myśleliśmy, że wykryjemy tylko kilka nowych obiektów, ale odkryliśmy o wiele więcej, niż się spodziewaliśmy, zwłaszcza małych” – mówi de Wit. „To znak, że badamy nowy reżim populacji, w którym w wyniku kaskad zderzeń powstaje o wiele więcej małych obiektów, które są bardzo skuteczne w niszczeniu asteroid poniżej około 100 metrów”.
„Statystyki dotyczące tych bardzo małych asteroid z pasa głównego mają kluczowe znaczenie w modelowaniu populacji asteroid. W rzeczywistości są to szczątki wyrzucane podczas zderzeń większych, kilometrowych asteroid, które są obserwowalne i często wykazują podobne orbity wokół Słońca, dzięki czemu możemy je pogrupować w „rodziny” asteroid” – dodaje Miroslav Broz z Praskiego Instytutu Uniwersytet Karola w Czechywspółautor badania i specjalista od różnych populacji asteroid w Układzie Słonecznym.
„Nie spodziewaliśmy się, że tak wpływową dodatkową naukę o Układzie Słonecznym można przeprowadzić przy użyciu najnowocześniejszych rozwiązań egzoplaneta obserwacje!” mówi współautor ULiège, Gillon.
Ulepszona detekcja dzięki technologii podczerwieni
Sukces tego badania umożliwiła niezwykła czułość JWST, który znajdując się w przestrzeni kosmicznej daleko od Ziemi, dzięki swojemu dużemu zwierciadłu i najnowocześniejszemu oprzyrządowaniu, jest szczególnie wrażliwy na podczerwień, a nie na światło widzialne. „I tak się składa, że asteroidy krążące w głównym pasie asteroid są znacznie jaśniejsze w zakresie fal podczerwonych niż w zakresie widzialnym, a zatem są znacznie łatwiejsze do wykrycia za pomocą możliwości JWST w podczerwieni” – mówi Jehin.
Inni planetolodzy są zachwyceni tymi wynikami. „Fantastycznie jest widzieć, jak zarchiwizowane dane JWST mogą otworzyć nowe drzwi do lepszego zrozumienia najmniejszych asteroid, które odgrywają kluczową rolę w obronie planet. Nasze odkrycia opierają się na nowej i innowacyjnej technice określania rozmiaru asteroidy na podstawie prostych detekcji w podczerwieni bez znajomości prawdziwej orbity obiektu” – wyjaśnia Thomas Müller, współautor z Instytutu Maxa Plancka w Garching w Niemczech i specjalista w dziedzinie promieniowania podczerwonego asteroid.
„Nasza zdolność do wykrywania, dzięki JWST, tych małych asteroid, gdy są one znacznie dalej od Ziemi, pozwala nam teraz na dokładniejsze wyznaczanie orbit, które są kluczowe dla obrony planetarnej” – potwierdza współautor Marco Micheli z Instytutu Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) Centrum Koordynacji Obiektów Blisko Ziemi we Włoszech.
„To zupełnie nowa, niezbadana przestrzeń, w którą wkraczamy dzięki nowoczesnym technologiom” – podsumowuje Burdanow. „To dobry przykład tego, co możemy zrobić, patrząc na dane inaczej. Czasami można dużo zyskać i to jest jedna z nich”.
Więcej informacji na temat tych badań można znaleźć w artykule Przełom w wykrywaniu małych asteroid i zwiększaniu obrony planetarnej.
Odniesienie: „JWST obserwacja dekametrowych asteroid pasa głównego i widok źródeł meteorytów” Artem Y. Burdanov, Julien de Wit, Miroslav Brož, Thomas G. Müller, Tobias Hoffmann, Marin Ferrais, Marco Micheli, Emmanuel Jehin, Daniel Parrott, Samantha N. Hasler, Richard P. Binzel, Elsa Ducrot, Laura Kreidberg, Michaël Gillon, Thomas P. Greene, Will M. Grundy, Theodore Kareta, Pierre-Olivier Lagage, Nicholas Moskovitz, Audrey Thirouin, Cristina A. Thomas i Sebastian Zieba, 9 grudnia 2024 r., Natura.
DOI: 10.1038/s41586-024-08480-z
