Rozwiązanie zagadki znikających planetoid typu NEO

puzzlingaste

Przez ostatnie dwie dekady uważano, że większość obiektów zbliżających się do Ziemi (NEO – Near Earth Objects) – planetoidy i komety, które mogą stanowić zagrożenie dla życia na Ziemi – kończą swoje życie opadając na Słońce. Nowe wyniki badań, które opublikowane zostaną jutro, 18 lutego w periodyku Nature wskazują, że większość tego typu obiektów ulega zniszczeniu dużo dalej od Słońca niż wcześniej uważano. To zaskakujące odkrycie tłumaczy kilka z wydarzeń zaobserwowanych w ostatnich latach.

Międzynarodowy zespół składający się z naukowców z Finlandii, Francji, Stanów Zjednoczonych oraz Czech rozpoczął prace nad stworzeniem najnowszego modelu populacji NEO potrzebnego przy planowaniu przyszłych przeglądów planetoid oraz misji kosmicznych. Model opisuje rozkład orbit NEO oraz szacuje liczbę obiektów NEO różnych rozmiarów.

Znaczna większość NEO pochodzi z głównego pasa planetoid znajdującego się między orbitami Marsa i Jowisza. Orbity planetoid pasa głównego ulegają powolnym zmianom wskutek niejednorodnego uwalniania nadmiaru ciepła przez powierzchnię planetoidy. Ich orbity w pewnym momencie zaczynają oddziaływać z ruchami orbitalnymi Jowisza i Saturna, które zmieniają ich trajektorie, kierując je w pobliże Ziemi. Planetoida zostaje sklasyfikowana jako NEO kiedy najmniejsza odległość do Słońca na jej orbicie wynosi mniej niż 1,3 średniej odległości Ziemia-Słońce.

Do stworzenia nowego modelu populacji zespół badaczy skorzystał z właściwości prawie 9 000 planetoid NEO wykrytych na ponad 100 000 zdjęć wykonanych w ciągu 8 lat w ramach przeglądu Catalina Sky Survey (CSS). Jednym z największych problemów, któremu trzeba było stawić czoła, było obliczenie, które planetoidy można w rzeczywistości wykryć. Planetoida na zdjęciach pojawia się jako punkt świetlny poruszający się na tle nieruchomych gwiazd. Jednak odkrycie planetoidy na zdjęciu uzależnione jest od dwóch czynników: jasności planetoidy i jej pozornej prędkości. Jeżeli teleskop nie jest zwrócony w odpowiednie miejsce i o odpowiednim czasie tak, aby zarejestrować planetoidę wystarczająco jasną i wystarczająco wolną, możemy nigdy jej nie zauważyć. Uwzględnienie wpływu odpowiedniego wyboru obiektów do obserwacji wymagało szczegółowego zrozumienia działania teleskopu i detektora oraz olbrzymich zasobów czasu obliczeniowego, nawet przy wykorzystaniu nowatorskich, szybkich metod matematycznych. Zespół stworzył najlepszy jak dotąd model populacji NEO łącząc informacje o wpływie wyboru obiektów do CSS z danymi CSS i modelami teoretycznymi rozkładów orbit obiektów NEO pochodzących z różnych części głównego pasa planetoid.

Jednak wtedy zauważono, że model ma jedną wadę – szacuje, że powinno być 10 razy więcej obiektów na orbitach, które zbliżają się do Słońca na odległość równą 10 średnicom Słońca. Dlatego też zespół spędził cały rok na weryfikowaniu swoich obliczeń zanim doszedł do wniosku, że problem nie leży w ich analizie lecz w założeniach dotyczących pracy Układu Słonecznego.

Dr Mikael Granvik, naukowiec z University of Helsinki oraz główny autor artykułu w Nature stwierdził, że ich model zdecydowanie lepiej pasowałby do obserwacji, jeżeli NEO ulegałyby zniszczeniu w pobliżu Słońca, ale na długo przed faktycznym wejściem w jego atmosferę. Zespół przebadał ten postulat i okazało się, że uwzględniając takie założenie model doskonale pasował do danych obserwacyjnych populacji NEO z wyłączeniem obiektów, które spędzały za dużo czasu wewnątrz dziesięciu średnic Słońca od Słońca. „Odkrycie, że planetoidy muszą rozpadać się zbliżając się za bardzo do Słońca było zaskoczeniem, dlatego tak dużo czasu spędziliśmy na weryfikacji naszych obliczeń,” powiedział dr Robert Jedicke, członek zespołu z University of Hawaii Institute for Astronomy.

Odkrycie, którego dokonał zespół, tłumaczy także kilka innych rozbieżności między obserwacjami i prognozami rozkładu orbit małych obiektów w Układzie Słonecznym. Meteory, czyli tak zwane spadające gwiazdy, to małe drobiny pyłu i skał pochodzące z powierzchni planetoid i komet, które kończą swoje życie płonąc po wejściu w naszą atmosferę. Meteory często podróżują w rojach, które podążają po ścieżce swojego obiektu macierzystego, jednak astronomowie nie byli w stanie połączyć niektórych rojów meteorów  na orbitach mocno zbliżających się do Słońca z żadnymi obiektami macierzystymi. Najnowsze wyniki  wskazują, że obiekty macierzyste uległy całkowitemu zniszczeniu gdy za bardzo zbliżyły się do Słońca- stąd samotne roje bez macierzystego obiektu NEO. Co więcej okazało się, że ciemniejsze planetoidy ulegają zniszczeniu dalej od Słońca niż jaśniejsze – tłumaczy to wcześniejsze odkrycie, że obiekty NEO zbliżające się do Słońca są jaśniejsze niż te znajdujące się dalej. Fakt, że ciemne obiekty łatwiej ulegają zniszczeniu wskazuje na to, że ciemne i jasne planetoidy charakteryzuje inna budowa wewnętrzna i skład chemiczny.

„Najprawdopodobniej najciekawszym wnioskiem wyniesionym z nowych badań jest ten, że teraz możliwe jest testowanie modeli wnętrza planetoid poprzez śledzenie ich orbit i rozmiarów. To naprawdę niesamowite odkrycie, którego nie oczekiwaliśmy rozpoczynając prace nad nowym modelem NEO,” mówi Ganvik.

Więcej informacji:

Źródło: Nature/University of Helsinki