Ilustracja artysty binarnych planetoid Patroklus (w środku) i Menoetiusza. Źródło zdjęcia: W.M. Obserwatorium Kecka. Kliknij, aby powiększyć
W cieniu Jowisza znaleziono związaną parę lodowych komet podobnych do brudnych śnieżek krążących poza orbitą Neptuna.
Astronomowie z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, współpracując z kolegami z Francji i teleskopem Keck na Hawajach, obliczyli gęstość znanego binarnego układu asteroid, który dzieli orbitę Jowisza, i doszli do wniosku, że Patroclus i jego towarzysz prawdopodobnie składają się głównie z wody lód pokryty patyną brudu.
Ponieważ uważa się, że brudne śnieżki powstały w zewnętrznych obszarach Układu Słonecznego, z którego czasami się wypierają i kończą zapętlanie się bliżej Słońca jako komety, zespół sugeruje, że asteroida prawdopodobnie uformowała się daleko od Słońca. Najprawdopodobniej został schwytany w jednym z trojanów Jowisza - dwóch wirach, w których gruz zbiera się na orbicie Jowisza - w okresie, gdy wewnętrzny układ słoneczny był intensywnie bombardowany przez komety, około 650 milionów lat po powstaniu Układu Słonecznego.
Jeśli zostanie to potwierdzone, może to oznaczać, że wiele lub większość z prawdopodobnie tysięcy asteroid Trojan Jowisza to brudne śnieżki, które powstały znacznie dalej od Słońca i jednocześnie z przedmiotami zajmującymi teraz Pas Kuipera.
„Podejrzewamy, że trojany są małymi obiektami Pasa Kuipera” - powiedział lider badań Franck Marchis, astronom badawczy z UC Berkeley.
Marchis i współpracownicy z Institut de M? Bf? Canique C? Bf? Leste et Calculs d?? Bf? Ph? Bf? M? Bf? Rides (IMCCE) w Observatoire de Paris i z WM Obserwatorium Kecka donosi o swoich odkryciach w numerze Nature z 2 lutego.
Wniosek zespołu potwierdza niedawną hipotezę o ewolucji orbit największych planet Układu Słonecznego, Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna, wysuniętą przez grupę naukowców pod przewodnictwem Alessandro Morbidelli, astronoma teoretycznego z Conseil National de la Recherche Scientifique laboratorium Observatoire de la Cote d'Azur, Nicea, Francja.
Schemat asteroidy 617 Patroclus i jej towarzysza w Układzie Słonecznym
W zeszłorocznym artykule Nature Morbidelli i współpracownicy zasugerowali, że lodowe komety zostałyby schwytane w punktach trojana Jowisza podczas wczesnej historii Układu Słonecznego. Zgodnie z ich scenariuszem, w ciągu pierwszych kilkuset milionów lat po narodzeniu Układu Słonecznego, duże planety gazowe krążą bliżej Słońca, otoczone chmurą miliardów dużych planetoid zwanych planetozymalami, być może 100 kilometrów (62 mil) średnica lub mniejsza. Interakcje z tymi planetozymalami spowodowały migrację dużych planet gazowych na zewnątrz aż do około 3,9 miliarda lat temu, kiedy Jowisz i Saturn weszli na rezonansowe orbity i zaczęli rzucać planetozymale wokół jak konfetti, niektóre z nich opuściły układ słoneczny na dobre.
Większość pozostałych planetozymali osiadła na orbitach poza Neptunem - dzisiejszy Pas Kuipera i źródło krótkotrwałych komet - ale niewielka ich liczba została schwytana w wirach trojańskich olbrzymich planet, w szczególności Jowisza.
„Po raz pierwszy ktoś bezpośrednio określił gęstość asteroidy trojańskiej i wspiera nowy scenariusz zaproponowany przez Morbidelli”, powiedział współautor Daniel Hestroffer, astronom z IMCEE. „Te asteroidy zostałyby schwytane w punktach trojana w czasie, gdy skaliste planety wciąż się formowały, a to zaburzenie planetozymali około 650 milionów lat po narodzinach Układu Słonecznego mogło spowodować późne bombardowanie Księżyca i Marsa . ”
Chociaż Marchis nazywa ten scenariusz „przyjemną historią”, przyznaje, że należy włożyć więcej pracy, aby zapewnić wsparcie.
„Musimy odkryć więcej binarnych trojanów i obserwować je, aby sprawdzić, czy niska gęstość jest cechą wszystkich trojanów”, powiedział.
Asteroidy trojańskie to te złapane w tak zwane punkty Lagrange'a na orbicie Jowisza, znajdujące się w tej samej odległości od Jowisza, co Jowisz od Słońca - 5 jednostek astronomicznych lub 465 milionów mil. Punkty te, jeden prowadzący, a drugi wędrujący Jowisz, to miejsca przyciągania grawitacyjnego Słońca, a Jowisz jest zrównoważony, umożliwiając gromadzenie się gruzów jak zające króliczki w kącie pokoju. W punktach wiodących (L4) i końcowych (L5) odkryto setki planetoid, z których każdy okrąża ten punkt jak wir.
Asteroida 617 Patroclus, pierwotnie odkryta w L5 i nazwana w 1906 roku, została odkryta jako towarzysz w 2001 roku i do tej pory jest jedynym znanym binarnym trojanem. Odkrywcy nie byli w stanie oszacować orbity komponentów, ponieważ mieli zbyt mało obserwacji.
Jak doświadczeni łowcy asteroid, Marchis i jego koledzy w sierpniu tego roku odkryli pierwszy potrójny układ asteroid, 87 Sylvia, znacznie bliżej Słońca w głównym pasie asteroid między Marsem a Jowiszem, i użyli potężnego 8-metrowego teleskopu południowej Europy Bardzo duży teleskop obserwatorium w Chile do badania trzech obiektów. Byli w stanie sporządzić mapę orbit planetoid, aby oszacować gęstość Sylwii, z której doszli do wniosku, że jest to stos gruzu luźno upakowanej skały.
Zespół francusko-amerykański wypróbował tę samą technikę na znacznie bardziej odległym Patroclus, wykorzystując dane z obrazowania z Systemu laserowego przewodnika gwiazd Keck II w Obserwatorium W. Kecka na Mauna Kea, co daje ostrą rozdzielczość niemożliwą do osiągnięcia z żadnym innym teleskopem naziemnym .
„Wcześniej mogliśmy tylko patrzeć na obiekty w pobliżu jasnej gwiazdy odniesienia, ograniczając użycie optyki adaptacyjnej do niewielkiego odsetka niebios”, powiedział Marchis. „Teraz możemy użyć adaptacyjnej optyki, aby zobaczyć prawie dowolny punkt na niebie”.
System gwiazd prowadzących laser wykorzystuje wiązkę laserową do wzbudzania atomów sodu w niewielkim miejscu w górnej atmosferze. Ta sztuczna „gwiazda” służy do pomiaru turbulencji atmosferycznych, która jest następnie usuwana przez ruchome lustra adaptacyjnego układu optycznego Kecka.
Dzięki systemowi zapewniającemu niespotykaną 58 milisekund rozdzielczość, zespół Kecka dokonał pięciu obserwacji w podczerwieni w okresie od listopada 2004 r. Do lipca 2005 r. Marchis i jego koledzy ustalili, że gęstość Patroklosa i jego towarzysza jest mniej więcej tego samego rozmiaru i krąży wokół ich środek masy co 4,3 dni w odległości 680 kilometrów (423 mil) był bardzo niski: 0,8 grama na centymetr sześcienny, około jednej trzeciej skały i światła na tyle, aby unosić się w wodzie. Zakładając skalistą kompozycję podobną do księżyców Jowisza Callisto i Ganymede, składniki systemu musiałyby być bardzo luźno upakowane - około połowy pustej przestrzeni, wewnętrznej cechy, której nie oczekuje się w przypadku układu podwójnego tej samej wielkości, naukowcy doszli do wniosku .
Zespół sugeruje bardziej rozsądny skład lodu wodnego z zaledwie 15 procentami otwartej przestrzeni, co czyni te obiekty podobnymi do komet i małych obiektów Pasa Kuipera, dla których ustalono, że mają gęstość mniejszą niż woda.
Marchis podejrzewa, że układ binarny powstał, gdy pojedyncza duża asteroida została rozerwana przez grawitacyjny holownik Jowisza.
„System Patroclus wykazuje podobne cechy jak binarne planetoidy bliskie Ziemi, które, jak się uważa, powstały podczas spotkania z planetą ziemską przez podział pływowy”, powiedział. „W przypadku asteroidy trojańskiej dopiero wtedy, gdy opublikowano niedawno pracę naszych współpracowników, możemy zasugerować, że to spotkanie dotyczyło Jowisza”.
Ponieważ w Iliadzie Homera Patroclus był towarzyszem Achillesa i bohaterem wojny trojańskiej, Achilles byłby odpowiednią nazwą jednej z dwóch planetoid, które są mniej więcej tego samego rozmiaru. Jednak inna asteroida ma już nazwę Achilles, więc Marchis i jego współpracownicy zaproponowali nazwać najmniejszego członka systemu binarnego Menoetius, po ojcu Patroklosa. Komitet ds. Małych Ciał Międzynarodowej Unii Astronomicznej wstępnie przyjął tę nazwę. Asteroida oznaczona jako Menoetius ma około 112 kilometrów (70 mil) średnicy, a Patroclus ma około 122 kilometrów (76 mil) szerokości.
Oprócz Marchisa w skład zespołu wchodzili profesor astronomii Imke de Pater i doktorant Michael H. Wong z UC Berkeley; Daniel Hestroffer, Pascal Descamps, J ?? bf? R? Bf? Me Berthier i Fr? Bf? D? Bf? Ric Vachier z Institut de M? Bf? Canique C? Bf? Leste et de Calculs des ?? bf? ph? bf? m? bf? rides (IMCCE); oraz Antonin Bouchez, Randall Campbell, Jason Chin, Marcos van Dam, Scott Hartman, Erik Johansson, Robert Lafon, David Le Mignant, Paul Stomski, Doug Summers i Peter Wizinovich z Obserwatorium W. Kecka.
Projekt był wspierany przez granty z National Science Foundation, Science and Technology Center for Adaptive Optics oraz National Aeronautics and Space Administration. Większość danych uzyskano w Obserwatorium W. Kecka, które działa jako partnerstwo naukowe między California Institute of Technology, University of California i NASA, z dodatkowymi obserwacjami uzyskanymi w Obserwatorium Gemini prowadzonym przez Association of Universities for Research w Astronomy, Inc., na podstawie umowy o współpracy z NSF w imieniu partnerstwa Gemini.
Oryginalne źródło: UC Berkeley News Release
