En kunstners illustrasjon av de binære asteroider Patroclus (sentrum) og Menoetius. Bildekreditt: W.M. Keck observatorium. Klikk for å forstørre
Et bundet par isete kometer som ligner på de skitne snøballene som sirkler utenfor bane til Neptun, er funnet lurer i skyggen av Jupiter.
Astronomer ved University of California, Berkeley, som jobber med kolleger i Frankrike og ved Keck-teleskopet på Hawaii, har beregnet tettheten til et kjent binært asteroidesystem som deler Jupiters bane, og konkluderte med at Patroclus og følgesvennen trolig er sammensatt mest av vann is dekket av en patina av skitt.
Fordi skitne snøballer antas å ha dannet seg i de ytre rekkevidden av solsystemet, hvorfra de tidvis blir løsnet og ender med å sløyfe nærmere solen som kometer, antyder teamet at asteroiden sannsynligvis dannet seg langt fra solen. Det ble mest sannsynlig fanget i et av Jupiters trojanske punkter - to virvler der søppel samles i Jupiters bane - i en periode da det indre solsystemet ble intenst bombardert av kometer, rundt 650 millioner år etter dannelsen av solsystemet.
Hvis bekreftet, kan dette bety at mange eller de fleste av de sannsynligvis tusenvis av Jupiters trojanske asteroider er skitne snøballer som stammer mye lenger fra solen og samtidig som gjenstandene som okkuperer Kuiper-beltet.
"Det er vår mistanke om at trojanerne er små Kuiper Belt-objekter," sa 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) på Observatoire de Paris og fra WM Keck Observatory rapporterer om funnene sine i 2. februar-utgaven av Nature.
Teamets konklusjon gir støtte til en fersk hypotese om evolusjonen av banene til vårt solsystemets største planeter, Jupiter, Saturn, Uranus og Neptune, fremmet av en gruppe forskere ledet av Alessandro Morbidelli, en teoretisk astronom med Conseil National de la Recherche Scientifique-laboratorium fra Observatoire de la Cote d'Azur, Nice, Frankrike.
Diagram over asteroiden 617 Patroclus og følgesvennen i solsystemet
I en Nature-artikkel i fjor foreslo Morbidelli og kollegene at isete kometer ville blitt tatt til fange i Jupiters Trojan-punkter i løpet av solsystemets tidlige historie. I følge deres scenario, i løpet av de første hundre millioner årene etter solsystemets fødsel, bane de store gassplanetene seg nærmere solen, innhyllet i en sky av milliarder av store asteroider kalt planetesimals, kanskje 100 kilometer (62 miles) i diameter eller mindre. Interaksjoner med disse planetesimene fikk de store gassformige planetene til å vandre utover til rundt 3,9 milliarder år siden, da Jupiter og Saturn gikk inn i resonante baner og begynte å kaste planetesimene rundt som konfetti, hvor noen av dem forlot solsystemet for godt.
Hovedtyngden av de gjenværende planetesimene slo seg ned i baner utenfor Neptun - dagens Kuiper Belt og kilden til kometer med kort periode - men et lite antall ble fanget i trojanske virkelighetene til de gigantiske planetene, spesielt Jupiter.
"Dette er første gang noen direkte bestemmer tettheten til en trojansk asteroide, og den støtter det nye scenariet foreslått av Morbidelli," sa medforfatter Daniel Hestroffer, en astronom ved IMCEE. Disse asteroidene ville blitt fanget i trojanske punktene i en tid da de klippe planetene fortsatt var i ferd med å danne seg, og denne forstyrrelsen av planetesimene rundt 650 millioner år etter solsystemets fødsel kunne ha skapt det sene bombardementet av månen og Mars .”
Selv om Marchis omtaler scenariet som "en fin historie", innrømmer han at det må jobbes mer for å gi støtte for det.
"Vi må finne flere binære trojanere og observere dem for å se om lav tetthet er et kjennetegn for alle trojanere," sa han.
Trojanske asteroider er de som er fanget i de såkalte Lagrange-punktene på Jupiters bane, som ligger i samme avstand fra Jupiter som Jupiter er fra solen - 5 astronomiske enheter, eller 465 millioner miles. Disse punktene, den ene ledende og den andre etterfølgende Jupiter, er steder der solens gravitasjonsattraksjon er og Jupiter er balansert, slik at rusk kan samles som støvhinner i hjørnet av et rom. Hundrevis av asteroider er blitt oppdaget i de ledende (L4) og etterfølgende (L5) punktene, som hver kretser rundt det punktet som i en virvel.
Asteroiden 617 Patroclus, opprinnelig oppdaget på L5 og ble navngitt i 1906, ble funnet å ha en følgesvenn i 2001, og er så langt den eneste kjente trojanske binæren. Oppdagerne klarte ikke å estimere bane for komponentene fordi de hadde for få observasjoner.
Som erfarne asteroidejegere oppdaget Marchis og kollegene i august i år det første trippel-asteroidesystemet, 87 Sylvia, mye nærmere solen i hovedsteroidebelte mellom Mars og Jupiter, og brukte et kraftig 8-meters teleskop av det europeiske sørlige Observatoriets Very Large Telescope i Chile for å studere de tre gjenstandene. De var i stand til å kartlegge asteroidenes baner for å estimere tettheten til Sylvia, hvorfra de konkluderte med at det er en steinsprut med haug med løst, pakket fjell.
Det franske og amerikanske teamet prøvde den samme teknikken med det langt fjernere Patroclus, og benyttet avbildningsdata fra Keck II Laser Guide Star System ved W. Keck Observatory på Mauna Kea, noe som gir en skarp oppløsning umulig med noe annet bakkebasert teleskop. .
"Før kunne vi bare se på objekter i nærheten av en lys referansestjerne, og begrense bruken av adaptiv optikk til en liten prosentandel av himmelen," sa Marchis. "Nå kan vi bruke adaptiv optikk for å se nesten ethvert punkt på himmelen."
Laserstyresystemet bruker en laserstråle for å begeistre natriumatomer i et lite sted i den øvre atmosfæren. Denne kunstige "stjernen" brukes til å måle atmosfærisk turbulens, som deretter fjernes av de bevegelige speilene i det adaptive optiske systemet Keck.
Med systemet som ga en uovertruffen oppløsning på 58 milliarder sekund, gjorde Keck-teamet fem observasjoner i det infrarøde området mellom november 2004 og juli 2005. Marchis og kollegene bestemte at tettheten til Patroclus og dets følgesvenn, som er omtrent like store og sirkler rundt deres massesenteret hver 4,3 dag med en avstand på 680 kilometer (423 miles), var veldig lav: 0,8 gram per kubikkcentimeter, omtrent en tredjedel av stein og lys nok til å flyte i vann. Forutsatt at en steinaktig sammensetning som ligner på Jupiters måner Callisto og Ganymede, ville komponentene i systemet måtte pakkes veldig løst - omtrent halvt tomt plass, en intern egenskap som ikke forventes for et binært system av samme størrelse, konkluderte forskerne .
Teamet foreslår en mer fornuftig sammensetning av vannis med bare 15 prosent åpen plass, noe som gjør at disse objektene ligner kometer og små Kuiper Belt-objekter, som har blitt bestemt å ha tettheter mindre enn vann.
Marchis mistenker at det binære systemet ble dannet da en eneste stor asteroide ble revet i stykker av tyngdekraften til Jupiter.
"Patroclus-systemet viser lignende egenskaper som de binære asteroidene i nærheten av jorden, som antas å ha dannet seg under et møte med en jordisk planet ved tidevannsoppdeling," sa han. "Når det gjelder en trojansk asteroide, var det først da arbeidet til våre samarbeidspartnere nylig ble publisert at vi kunne antyde at dette møtet var med Jupiter."
Fordi i Homeros Iliade, Patroclus var Achilles 'følgesvenn og en helt fra Trojan-krigen, ville Achilles ha vært et passende navn for en av de to asteroidene, som er omtrent like store. En annen asteroide har imidlertid allerede navnet Achilles, så Marchis og hans samarbeidspartnere foreslo å navngi det minste medlemmet av det binære systemet Menoetius, etter faren til Patroclus. Komiteen for små kroppsnavn i International Astronomical Union har foreløpig akseptert navnet. Asteroiden som er utpekt Menoetius er omtrent 112 kilometer i diameter, mens Patroclus er omtrent 122 kilometer bred.
I tillegg til Marchis, inkluderte teamet astronomiprofessor Imke de Pater og postdoktor Michael H. Wong ved UC Berkeley; Daniel Hestroffer, Pascal Descamps, J ?? bf? R ?? bf? Me Berthier og Fr ?? bf? D? Bf? Ric Vachier fra Institut de M? Bf? Canique C? Bf? Leste et de Calculs 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 Observatory.
Prosjektet ble støttet av tilskudd fra National Science Foundation gjennom Science and Technology Center for Adaptive Optics og av National Aeronautics and Space Administration. De fleste dataene ble innhentet ved W. Keck Observatory, som drives som et vitenskapelig partnerskap mellom California Institute of Technology, University of California og NASA, med ytterligere observasjoner oppnådd ved Gemini Observatory som drives av Association of Universities for Research i Astronomy, Inc., under en samarbeidsavtale med NSF på vegne av Gemini-partnerskapet.
Originalkilde: UC Berkeley News Release
