Astronomowie znaleźli najmniejsze planetoidy, jakie kiedykolwiek odkryto w pasie głównym
Opracowana przez zespół metoda wykrywania, która pozwoliła zidentyfikować 138 kosmicznych skał o rozmiarach od autobusu do stadionu, może pomóc w śledzeniu potencjalnych planetoid.
 |
| Wizja artystyczna przedstawiająca JWST, ukazująca w podczerwieni populację małych planetoid pasa głównego. Źródło: Ella Maru and Julien de Wit |
Szacuje się, że planetoida, przez którą wyginęły dinozaury, miała około 10 km średnicy. Przewiduje się, że tak potężny obiekt uderza w Ziemię rzadko, raz na 100 milionów do 500 milionów lat.
Natomiast znacznie mniejsze planetoidy, wielkości autobusu, mogą uderzać w Ziemię częściej, co kilka lat. Te „dekametrowe” planetoidy, mierzące zaledwie kilkadziesiąt metrów średnicy, mają większe szanse na ucieczkę z głównego pasa planetoid i migrację do niego, by stać się obiektami bliskimi Ziemi. Jeżeli dojdzie do zderzenia, te małe, ale potężne kosmiczne skały mogą wywołać fale uderzeniowe w całych regionach, takie jak zdarzenie z 1908 roku nad Podkamienną Tunguską na Syberii i planetoida z 2013 roku, która rozpadła się na niebie nad Czelabińskiem na Uralu. Możliwość obserwacji planetoidy pasa głównego o średnicy dekametrycznej zapewniłaby spojrzenie na pochodzenie meteorytów.
Teraz międzynarodowy zespół kierowany przez fizyków z MIT znalazł sposób na wykrycie najmniejszych planetoid o średnicy dekametrowej w pasie głównym planetoid – polu gruzu między Marsem a Jowiszem, w którym krążą miliony planetoid. Do tej pory najmniejsze planetoidy, które naukowcy byli w stanie dostrzec, miały około kilometra średnicy. Dzięki nowemu podejściu zespołu naukowcy mogą teraz dostrzec planetoidy w pasie głównym o średnicy zaledwie 10 metrów.
W artykule opublikowanym 9 grudnia 2024 roku w czasopiśmie Nature naukowcy informują, że dzięki swojemu podejściu wykryli ponad 100 nowych planetoid o średnicy dekametrów w pasie głównym planetoid. Skały kosmiczne mają rozmiary od autobusu do kilku stadionów szerokości i są najmniejszymi planetoidami pasa głównego, jakie do tej pory wykryto.
Naukowcy przewidują, że podejście to można wykorzystać do identyfikacji i śledzenia planetoid, które mogą zbliżyć się do Ziemi.
Udało nam się wykryć obiekty bliskie Ziemi o wielkości do 10 metrów, gdy znajdują się one naprawdę blisko Ziemi – powiedział główny autor badania, Artem Burdanov, naukowiec z Wydziału Nauk o Ziemi, Atmosferze i Planetach MIT. Mamy teraz sposób na dostrzeżenie tych małych planetoid, gdy są znacznie dalej, dzięki czemu możemy dokładniej śledzić orbity, co jest kluczowe dla obrony planetarnej.
Współautorami pracy są profesorowie nauk planetarnych MIT Julien de Witt i Richard Binzel, a także współpracownicy z wielu instytucji.
Zmiana obrazu
De Witt i jego zespół koncentrują się przede wszystkim na poszukiwaniu i badaniu egzoplanet – światów poza Układem Słonecznym, które mogą nadawać się do zamieszkania. Naukowcy są częścią grupy, która w 2016 roku odkryła układ planetarny wokół TRAPPIST-1, gwiazdy znajdującej się około 40 lat świetlnych od Ziemi. Korzystając z Transiting Planets and Planetismals Small Telescope (TRAPPIST) w Chile, zespół potwierdził, że gwiazda jest gospodarzem skalistych planet wielkości Ziemi, z których kilka znajduje się w ekosferze.
Od tego czasu naukowcy skierowali na układ TRAPPIST-1 wiele teleskopów o różnych długościach fal, aby dokładniej scharakteryzować planety i poszukać oznak życia. Podczas tych poszukiwań astronomowie musieli przebrnąć przez „szum” na obrazach z teleskopów, taki jak gaz, pył i obiekty planetarne znajdujące się między Ziemią a gwiazdą, aby lepiej rozszyfrować planety TRAPPIST-1. Często odrzucany szum obejmuje przelatujące planetoidy.
Dla większości astronomów planetoidy są postrzegane jako szkodniki nieba, w tym sensie, że po prostu przecinają pole widzenia i wpływają na dane – powiedział de Witt.
De Witt i Burdanov zastanawiali się, czy te same dane, które są wykorzystywane do poszukiwania planet pozasłonecznych, mogą zostać poddane recyklingowi i wykorzystane do poszukiwania planetoid w naszym własnym Układzie Słonecznym. W tym celu wykorzystali „shift and stack”, technikę przetwarzania obrazu, która została po raz pierwszy opracowana w latach 90. ubiegłego wieku. Metoda ta polega na przesunięciu wielu obrazów tego samego pola widzenia i ułożeniu ich w stos, aby sprawdzić, czy słaby obiekt może przyćmić szum.
Zastosowanie tej metody do wyszukiwania nieznanych planetoid na obrazach, które pierwotnie koncentrowały się na odległych gwiazdach, wymagałoby znacznych zasobów obliczeniowych, ponieważ wiązałoby się z testowaniem ogromnej liczby scenariuszy dotyczących miejsca, w którym może znajdować się planetoida. Naukowcy musieliby następnie przesunąć tysiące obrazów dla każdego scenariusza, aby sprawdzić, czy planetoida rzeczywiście znajduje się tam, gdzie przewidywano.
Kilka lat temu Burdanov, de Witt i absolwentka MIT Samantha Hasler odkryli, że mogą to zrobić przy użyciu najnowocześniejszych procesorów graficznych, które mogą przetwarzać ogromne ilości danych obrazowych z dużą prędkością.
Początkowo wypróbowali swoje podejście na danych z badania SPECULOOS (Search for habitable Planets EClipsing ULtra-cOOl Stars) – układu naziemnych teleskopów, które wykonują wiele zdjęć gwiazdy w czasie. Wysiłek ten, wraz z drugą aplikacją wykorzystującą dane z teleskopu na Antarktydzie, wykazał, że naukowcy rzeczywiście mogli dostrzec ogromną liczbę nowych planetoid w pasie głównym.
„Niezbadana przestrzeń”
W nowych badaniach naukowcy szukali większej liczby planetoid, aż do mniejszych rozmiarów, wykorzystując dane z najpotężniejszego obserwatorium na świecie – Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, który jest szczególnie czuły na podczerwień, a nie na światło widzialne. Tak się składa, że planetoidy orbitujące w pasie głównym są znacznie jaśniejsze w podczerwieni niż w świetle widzialnym, a zatem są znacznie łatwiejsze do wykrycia dzięki możliwościom JWST w podczerwieni.
Zespół zastosował swoje podejście do obrazów TRAPPIST-1 z JWST. Dane obejmowały ponad 10 000 obrazów gwiazdy, które pierwotnie uzyskano w celu poszukiwania śladów atmosfer wokół planet wewnętrznych układu. Po przetworzeniu obrazów naukowcy byli w stanie dostrzec osiem znanych planetoid w pasie głównym. Następnie poszukali dalej i odkryli 138 nowych planetoid wokół pasa głównego, wszystkie o średnicy kilkudziesięciu metrów – najmniejsze planetoidy pasa głównego wykryte do tej pory. Podejrzewają, że kilka planetoid jest na drodze do stania się obiektami bliskimi Ziemi, podczas gdy jedna jest prawdopodobnie trojańczykiem – planetoidą, która podąża za Jowiszem.
Myśleliśmy, że wykryjemy tylko kilka nowych obiektów, ale wykryliśmy o wiele więcej niż oczekiwaliśmy, zwłaszcza tych małych – powiedział de Witt. To znak, że badamy nowy układ populacji, w którym znacznie więcej małych obiektów powstaje w wyniku kaskady kolizji, które są bardzo skuteczne w rozbijaniu planetoid poniżej około 100 metrów.
Statystyki tych planetoid pasa głównego są kluczowe dla modelowania – dodał Miroslav Broz, współautor z Uniwersytetu Karola w Pradze i specjalista od różnych populacji planetoid w Układzie Słonecznym. W rzeczywistości jest to gruz wyrzucany podczas zderzeń większych, kilkumetrowych planetoid, które są obserwowalne i często wykazują podobne orbity wokół Słońca, dzięki czemu grupujemy je w rodziny planetoid.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
