Astronomowie sfotografowali planetoidę o nietypowym kształcie psiej kości

Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) poinformowało o nowych wynikach badań uzyskanych przy pomocy teleskopu VLT pracującego na pustyni Atakama w Chile. Naukowcy z zespołu, którym kierował Franck Marchis, astronom z SETI Institute w Mountain View (USA) i Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (Francja), postanowili zbadać dokładnie planetoidę (216) Kleopatra.

Obiekt krąży wokół Słońca w głównym pasie planetoid pomiędzy orbitami Marsa i Jowisza. Jest jednak nietypowy. Od momentu pierwszych radarowych obserwacji około 20 lat temu, pozwalających oszacować kształt, uzyskał przezwisko "planetoidy psiej kości" od kształtu, w którym widoczne są dwa płaty połączone "szyją", podobnego do kości dla psa. W 2008 roku Marchis wraz ze współpracownikami odkrył, że Kleopatra ma dwa księżyce, które nazwano AlexHelios and CleoSelene, od imion dzieci słynnej egipskiej królowej Kleopatry.

"Nauka dokonuje znacznego postępu dzięki badaniom wartości odstających od normy. Sądzę, że Kleopatra jest jednym z takich przypadków i zrozumienie tego skomplikowanego, wielokrotnego systemu asteroidalnego może nam pomóc w dowiedzeniu się czegoś więcej o Układzie Słonecznym" - mówi Franck Marchis.

Najnowsze badania obiektu obejmują analizę zdjęć wykonanych w różnych momentach w latach 2017-2019 przy pomocy instrumentu SPHERE na teleskopie VLT. Odkryto, że jeden z płatów jest większy od drugiego, a długość planetoidy (asteroidy) oszacowano na około 270 kilometrów. Udało się też lepiej określić orbity księżyców asteroidy oraz wyznaczyć na nowo masę (wyszła o 35 proc. mniejsza niż wcześniejsze szacunki). Z kolei znając objętość i masę można określić średnią gęstość planetoidy, która również okazała się mniejsza niż uważano dotychczas.

Gęstość odpowiada mniej więcej połowie gęstości żelaza. Astronomowie przypuszczają, że planetoida Kleopatra ma skład metaliczny, więc mała gęstość sugeruje strukturę porowatą i obiekt może być po prostu "stertą gruzu". Mógł powstać, gdy ponownie zakumulował się materiał z wielkiego uderzenia.

Gruzowa struktura oraz sposób, w jaki się obraca planetoida, pozwalają też wysnuć hipotezy na temat powstania księżyców. Planetoida obraca się z prędkością bliską krytycznej, czyli takiej, przy której zaczęłaby się rozpadać. Zatem nawet niewielkie uderzenia mogły wybić kamienie z jej powierzchni. Te kamienie mogły następnie uformować księżyce AlexHelios i CleoSelene, co oznacza, że naprawdę Kleopatra "urodziła" swoje satelity.

W badaniach uczestniczyli polscy astronomowie z Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu. Wśród nich była dr Edyta Podlewska-Gaca, która zbierała obserwacje fotometryczne wykonane na małych teleskopach (krzywe zmian blasku), które razem z obrazami z instrumentu SPHERE zamontowanego na teleskopie VLT służą do modelowania kształtów planetoid, wyznaczania parametrów fizycznych i określania ich historii dynamicznej.

Poznańscy astronomowie specjalizują się w badaniach planetoid. Opracowali i wykorzystują unikalną metodę wyznaczania kształtu planetoid opartą na algorytmach genetycznych.

"Metoda ta bardzo dobrze sprawdza się w modelowaniu obiektów niewypukłych, dzięki czemu pozwala odwzorować wgłębienia lub duże kratery na powierzchni planetoid. Dzięki tej metodzie można zweryfikować i udokładnić modele otrzymane przy użyciu innych technik"- wskazuje dr Podlewska-Gaca. Jak tłumaczy, kształty planetoid wyznacza się najczęściej z krzywych zmian jasności uzyskanych dla różnych położeń osi obrotu obiektu względem obserwatora. Wówczas daje się obserwować planetoidę pod różnymi kątami, co daje nieco inny kształt krzywej zmian blasku. Właśnie te zmiany niosą cenne informacje o kształcie obiektów.

"Wyznaczone w ten sposób modele planetoid można zweryfikować za pomocą obserwacji zakryć gwiazd przez planetoidy lub poprzez obrazowanie przy dużej rozdzielczości przy użyciu optyki adaptacyjnej, jak to zrobiliśmy w przypadku planetoidy Kleopatra" - kontynuuje badaczka.

Pozostali polscy autorzy publikacji to prof. UAM dr hab. Przemysław Bartczak, dr Grzegorz Dudziński, prof. dr hab. Agnieszka Kryszczyńska, prof. UAM dr hab. Anna Marciniak, prof. dr hab. Tadeusz Michałowski.

Wyniki opisano w dwóch artykułach, które ukazały się w czasopiśmie "Astronomy & Astrophysics".