En kunstners illustration af de binære asteroider Patroclus (centrum) og Menoetius. Billedkredit: W.M. Keck Observatorium. Klik for at forstørre
Et bundet par iskolde kometer svarende til de beskidte snebolde, der cirkler uden for Neptuns bane, er blevet fundet og lurer i skyggen af Jupiter.
Astronomer ved University of California, Berkeley, der arbejder med kolleger i Frankrig og på Keck-teleskopet på Hawaii, har beregnet tætheden af et kendt binært asteroidesystem, der deler Jupiters bane, og konkluderede, at Patroclus og dets ledsager sandsynligvis består af vand is dækket af en patina af snavs.
Fordi beskidte snebolde menes at have dannet sig i det ydre rækkevidde af solsystemet, hvorfra de lejlighedsvis løsrives og ender med at løbe tættere på solen som kometer, antyder holdet, at asteroiden sandsynligvis dannede sig langt fra solen. Det blev sandsynligvis fanget i et af Jupiters trojanske punkter - to hvirvler, hvor affald samles i Jupiters bane - i en periode, hvor det indre solsystem blev intensivt bombarderet af kometer, omkring 650 millioner år efter dannelsen af solsystemet.
Hvis det bekræftes, kan dette betyde, at mange eller de fleste af de sandsynligvis tusinder af Jupiters trojanske asteroider er beskidte snebolde, der stammer meget længere fra solen og på samme tid som de objekter, der nu besætter Kuiper Belt.
”Det er vores mistanke om, at trojanerne er små Kuiper Belt-objekter,” sagde studieleder Franck Marchis, forskningsastronom ved UC Berkeley.
Marchis og kolleger fra Institut de M? Bf? Canique C? Bf? Leste et Beregner d? ?? bf? Ph? Bf? M? Bf? Rides (IMCCE) ved Observatoire de Paris og fra WM Keck Observatorium rapporterer deres fund i 2. februar-udgaven af Nature.
Holdets konklusion tilføjer støtte til en nylig hypotese om udviklingen af kredsløb i vores solsystemets største planeter, Jupiter, Saturn, Uranus og Neptune, fremsat af en gruppe forskere ledet af Alessandro Morbidelli, en teoretisk astronom med Conseil National de la Recherche Scientifique-laboratorium fra Observatoire de la Cote d'Azur, Nice, Frankrig.
Diagram over asteroiden 617 Patroclus og dens ledsager i solsystemet
I et Nature-papir sidste år foreslog Morbidelli og kolleger, at iskolde kometer ville være blevet fanget i Jupiters trojanske punkter i løbet af solsystemets tidlige historie. I henhold til deres scenario var de store gasplaneter i løbet af de første par hundrede millioner år efter solsystemets fødsel omløb tættere på solen, indhyllet i en sky af milliarder af store asteroider kaldet planetesimals, måske 100 kilometer (62 miles) i diameter eller mindre. Interaktion med disse planetesimaler fik de store gasformige planeter til at migrere udad indtil for ca. 3,9 milliarder år siden, da Jupiter og Saturn gik ind i resonante baner og begyndte at smide planetesimerne rundt som konfetti, hvor nogle af dem forlod solsystemet for godt.
Hovedparten af de resterende planetesimaler bosatte sig i baner ud over Neptun - dagens Kuiper Belt og kilden til kometer med kort periode - men et lille antal blev fanget i de trojanske virveler af gigantplaneterne, især Jupiter.
”Dette er første gang nogen direkte bestemmer tætheden af en trojansk asteroide, og det understøtter det nye scenarie, der er foreslået af Morbidelli,” sagde medforfatter Daniel Hestroffer, en astronom ved IMCEE. ”Disse asteroider ville være blevet fanget i trojanske punkter på et tidspunkt, hvor de stenede planeter stadig var under dannelse, og denne forstyrrelse af planetesimerne omkring 650 millioner år efter solsystemets fødsel kunne have skabt den sene bombardement af månen og Mars .”
Selvom Marchis omtaler scenariet som "en dejlig historie", indrømmer han, at der skal gøres mere arbejde for at yde støtte til det.
”Vi er nødt til at finde flere binære trojanere og observere dem for at se, om lav tæthed er et kendetegn for alle trojanere,” sagde han.
Trojanske asteroider er dem, der er fanget i de såkaldte Lagrange-punkter på Jupiters bane, der ligger samme afstand fra Jupiter, som Jupiter er fra solen - 5 astronomiske enheder, eller 465 millioner miles. Disse punkter, den ene førende og den anden bagefter Jupiter, er steder, hvor solens tyngdepunkt blev tiltrukket, og Jupiter er afbalanceret, hvilket gør det muligt for affald at samle sig som støvkaniner i hjørnet af et rum. Hundreder af asteroider er blevet opdaget i de førende (L4) og bageste (L5) punkter, som hver kredser rundt om dette punkt som i en hvirvel.
Asteroiden 617 Patroclus, oprindeligt opdaget ved L5 og navngivet i 1906, blev fundet at have en ledsager i 2001, og indtil videre er den eneste kendte trojanske binære. Opdagerne var ikke i stand til at estimere bane for komponenterne, fordi de havde for få observationer.
Som erfarne asteroidejægere opdagede Marchis og hans kolleger i august i år det første tredobbelte asteroidesystem, 87 Sylvia, meget tættere på solen i det vigtigste asteroidebælte mellem Mars og Jupiter, og brugte et kraftigt 8-meters teleskop fra det europæiske sydlige Observatoriets Very Large Telescope i Chile for at studere de tre objekter. De var i stand til at kortlægge bane for asteroiderne for at estimere tætheden af Sylvia, hvorfra de konkluderede, at det er en murbrokker med løst, pakket sten.
Det franske og amerikanske team prøvede den samme teknik med det langt fjernere Patroclus, idet de anvendte billeddata fra Keck II Laser Guide Star System ved W. Keck Observatory på Mauna Kea, hvilket giver en skarp opløsning umulig med noget andet jordbaseret teleskop .
”Før kunne vi kun se på objekter i nærheden af en lys referencestjerne og begrænse brugen af adaptiv optik til en lille procentdel af himlen,” sagde Marchis. ”Nu kan vi bruge adaptiv optik til at se næsten ethvert punkt på himlen.”
Laserstyresystemet bruger en laserstråle til at begejse natriumatomer inden for et lille sted i den øvre atmosfære. Denne kunstige "stjerne" bruges til at måle atmosfærisk turbulens, der derefter fjernes af bevægelige spejle i det adaptive optiske system Keck.
Da systemet leverede en uovertruffen opløsning på 58 milliarcsekund, foretog Keck-teamet fem observationer i den infrarøde ramme mellem november 2004 og juli 2005. Marchis og hans kolleger fastlagde, at tætheden af Patroclus og dets ledsager, der er omtrent samme størrelse og cirkel omkring deres massecentret hver 4,3 dage i en afstand af 680 kilometer (423 miles), var meget lav: 0,8 gram pr. kubikcentimeter, ca. en tredjedel af sten og lys nok til at flyde i vand. Hvis man antager en klippesammensætning, der ligner Jupiters måner Callisto og Ganymede, ville komponenterne i systemet være meget løst pakket - omkring halvt tomt rum, en intern egenskab, som ikke forventes for et binært system i samme størrelse, konkluderede forskerne .
Holdet foreslår en mere fornuftig sammensætning af vandis med kun 15 procent åben plads, hvilket gør disse objekter ligner kometer og små Kuiper Belt-objekter, som det er blevet bestemt at have en densitet mindre end vand.
Marchis mistænker, at det binære system blev dannet, da en enkelt stor asteroide blev revet i sundhed af tyngdekraften fra Jupiter.
”Patroclus-systemet viser lignende egenskaber som de binære asteroider i nærheden af Jorden, som antages at have dannet sig under et møde med en jordbunden planet ved tidevandsopdeling,” sagde han. "I tilfælde af en trojansk asteroide er det først, da vores samarbejdspartners arbejde for nylig blev offentliggjort, at vi kunne antyde, at dette møde var med Jupiter."
Fordi Patroclus i Homer's Iliad var Achilles 'ledsager og en helt fra Trojan-krigen, ville Achilles have været et passende navn for en af de to asteroider, der er omtrent samme størrelse. Imidlertid har en anden asteroide allerede navnet Achilles, så Marchis og hans samarbejdspartnere foreslog at navngive det mindste medlem af det binære system Menoetius efter faren til Patroclus. Udvalget for Små Kroppenavne i Den Internationale Astronomiske Union har foreløbigt accepteret navnet. Asteroiden, der er udpeget Menoetius, er cirka 112 kilometer (70 miles) i diameter, mens Patroclus er cirka 122 kilometer (76 miles) bred.
Foruden Marchis inkluderede teamet astronomiprofessor Imke de Pater og postdoktor Michael H. Wong fra UC Berkeley; Daniel Hestroffer, Pascal Descamps, J ?? bf? R ?? bf? Mig Berthier og Fr ?? bf? D? Bf? Ric Vachier fra Institut de M ?? bf? Canique C? Bf? Leste et de beregninger des ?? bf? ph ?? bf? m ?? bf? rides (IMCCE); og Antonin Bouchez, Randall Campbell, Jason Chin, Marcos van Dam, Scott Hartman, Erik Johansson, Robert Lafon, David Le Mignant, Paul Stomski, Doug Summers og Peter Wizinovich fra W. Keck Observatorium.
Projektet blev støttet af tilskud fra National Science Foundation gennem Science and Technology Center for Adaptive Optics og af National Aeronautics and Space Administration. De fleste af dataene blev indhentet på W. Keck-observatoriet, der drives som et videnskabeligt partnerskab mellem California Institute of Technology, University of California og NASA, med yderligere observationer opnået ved Gemini-observatoriet, der drives af Association of Universities for Research i Astronomy, Inc., under en samarbejdsaftale med NSF på vegne af Gemini-partnerskabet.
Original kilde: UC Berkeley News Release
