Sonda Swift śledzi spowalnianie rotacji komety

14 marca 2017 roku, dwa tygodnie przed maksymalnym zbliżeniem do Ziemi, kometa 41P/Tuttle-Giacobini-Kresak przemknęła pod galaktyką NGC 3198. Źródło: Chris Schur

Obserwacje prowadzone za pomocą sondy Swift, która ostatnio zmieniła nazwę na Neil Gehrels Swift Observatory nazwaną tak na cześć zmarłego głównego badacza misji, odkryły nieobserwowaną wcześniej zmianę tempa rotacji komety. Zdjęcia wykonane w maju 2017 roku odkryły, że kometa 41P/Tuttle-Giacobini-Kresak rotowała trzykrotnie wolniej niż w marcu, kiedy obserwowano ją za pomocą teleskopu Discovery Channel Telescope w Obserwatorium Lowell w Arizonie.

Gwałtowne spowolnienie stanowi najbardziej dramatyczną zmianę tempa rotacji komety spośród dotychczas obserwowanych.





“Wcześniejszy rekord spowalniania tempa rotacji komety należał do 103P/Hartley 2, która wydłużyła okres rotacji z 17 d 19 godzin na przestrzeni ponad 90 dni” mówi Dennis Bodewits, badacz z Uniwersytetu stanu Maryland, który zaprezentował wyniki obserwacji w dniu wczorajszym podczas spotkania AAS w Waszyngtonie. “Teraz 41P spowolniła niemal dziesięciokrotnie w ciągu zaledwie 60 dni, tak więc zakres oraz tempo zmiany są absolutnie rekordowe”.

Obserwowana kometa okrąża Słońce co 5,4 lat oddalając się od niego na odległość sięgającą orbity Jowisza, którego wpływ grawitacyjny najprawdopodobniej umieścił ją na obecnej orbicie. 41P, której średnicę szacuje się na 1,4 km, jest jedną z najmniejszych spośród rodziny komet, których orbity kontrolowane są przez Jowisza. Takie małe rozmiary pozwalają wytłumaczyć jak dżety na powierzchni 41P były w stanie doprowadzić do tak dramatycznego spowolnienia rotacji komety.

Gdy kometa zbliża się do Słońca, wzrost intensywności ogrzewania powoduje zmianę lodu na powierzchni bezpośrednio w gaz, a tym samym emisję dżetów wyrzucających ziarna pyłu i lodu bezpośrednio w otoczenie. Taka materia tworzy rozszerzoną atmosferę komety, zwaną komą. Woda w komie szybko ulega rozbiciu na atomy wodoru i cząsteczki hydroksylowe pod wpływem promieniowania ultrafioletowego. Ponieważ instrument UVOT (Ultraviolet/Optical Telescope) zainstalowany na pokładzie Swift jest czuły na promieniowanie ultrafioletowe emitowane przez cząsteczki hydroksylowe, doskonale nadaje się do pomiarów ewolucji poziomów aktywności na całej orbicie wokół Słońca.

Prowadzone z Ziemi obserwacje ustaliły początkowy okres rotacji komety na 20 godzin na początku marca 2017 roku i odkryły jego spowolnienie pod koniec tego samego miesiąca. 1 kwietnia kometa przeleciała w odległości 21,2 milionów kilometrów od Ziemi, a osiem dni później przeleciała przez peryhelium swojej orbity maksymalnie zbliżając się do Słońca. Instrument UVOT fotografował kometę w okresie od 7 do 9 maja rejestrując zmiany blasku spowodowane przez materię ostatnio dostarczoną do komy. Te powolne zmiany wskazywały, że okres rotacji zwiększył się niemal dwukrotnie do 46-60 godzin.

Bazujące na UVO szacunki ilości produkowanej przez 41P wody, przy uwzględnieniu niewielkich rozmiarów komety, wskazują, że ponad połowa jej powierzchni zawiera dżety aktywowane promieniowaniem słonecznym. To znacznie większa część niż na większości innych komet, które posiadają dżety na zaledwie około 3 procentach powierzchni.

“Podejrzewamy, że dżety z aktywnych obszarów są tak skierowane, że wywarzają moment pędu, który umożliwia spowalnianie tempa obrotu 41P” mówi Tony Farnham, główny badacz z UMD. “Jeżeli taki moment pędu obecny był także po majowych obserwacjach, tempo rotacji komety mogło zmaleć do 100 lub więcej godzin”.

Takie wolne tempo rotacji może spowodować destabilizację rotacji, przez co kometa może zacząć się toczyć bez żadnej wyróżnionej osi rotacji. To z kolei doprowadziłoby do znaczącej zmiany w ogrzewaniu poszczególnych obszarów powierzchni. Bodewits ze współpracownikami zauważają, że ekstrapolacja wstecz wskazuje, że kometa rotowała dużo szybciej w przeszłości, być może na tyle szybko, aby indukować osuwiska lub częściową fragmentację obiektu, co mogło odsłaniać świeży lód na powierzchni. Silne wzrosty aktywności w 1973 i 2001 roku mogły mieć związek ze zmianami tempa rotacji 41P.

Mniej ekstremalny związek między kształtem, aktywnością i rotacją komety obserwowała sonda Rosetta Europejskiej Agencji Kosmicznej, która krążyła wokół jądra komety 67P/Czuriumow-Gierasimienko od 2014 roku. Tempo rotacji komety wzrosło o dwie minuty gdy kometa zbliżyła się do Słońca, a następnie spadło o 20 minut po tym jak zaczęła się od niego oddalać. W przypadku 41P naukowcy uważają, że zmiany spowodowane zostały przez oddziaływanie między kształtem komety a lokalizacją i aktywnością dżetów na jej powierzchni.

Artykuł naukowy szczegółowo opisujący obserwacje został opublikowany w periodyku Nature 11 stycznia br.

W trakcie 13 lat swojej pracy sonda Swift przeprowadziła szeroką paletę badań monitorując komety, badając gwiazdy z egzoplanetami i rejestrując rozbłyski supernowych, gwiazd neutronowych i czarnych dziur. W trakcie spotkania AAS w Waszyngtonie NASA poinformowała o uczczeniu pamięci Neila Gehrelsa poprzez dodanie jego nazwiska do nazwy sondy. Neil Gehrels pomagał opracować sondę Swift i był jej głównym badaczem aż do swojej śmierci 6 lutego 2017 roku.

Źródło: NASA Goddard Space Flight Center