En konstnärs illustration av de binära asteroiderna Patroclus (centrum) och Menoetius. Bildkredit: W.M. Keck Observatorium. Klicka för att förstora
Ett bundet par isiga kometer som liknar de smutsiga snöbollarna som cirklar utanför Neptuns omloppsbana har hittats som lurar i skuggan av Jupiter.
Astronomer vid University of California, Berkeley, som arbetar med kollegor i Frankrike och vid Keck-teleskopet på Hawaii, har beräknat tätheten för ett känt binärt asteroidsystem som delar Jupiters bana och drog slutsatsen att Patroclus och dess följeslagare förmodligen består av vatten is täckt av en patina av smuts.
Eftersom smutsiga snöbollar tros ha bildats i solsystemets yttre räckvidd, från vilka de ibland lossnar och hamnar närmare solen som kometer, föreslår teamet att asteroiden förmodligen bildades långt från solen. Det fångades troligen i en av Jupiters trojanska punkter - två virvlar där skräp samlas i Jupiters omloppsbana - under en period då det inre solsystemet bombades intensivt av kometer, cirka 650 miljoner år efter bildandet av solsystemet.
Om det bekräftas kan detta betyda att många eller de flesta av de troligen tusentals Jupiters trojanska asteroiderna är smutsiga snöbollar som har sitt ursprung mycket längre från solen och samtidigt som de föremål som nu upptar Kuiper Belt.
"Det är vår misstank att trojanerna är små Kuiper Belt-objekt," sa studieledaren Franck Marchis, forskningsastronom vid UC Berkeley.
Marchis och kollegor från Institut de M? Bf? Canique C? Bf? Leste et Beräknar d? ?? bf? Ph? Bf? M? Bf? Rider (IMCCE) vid Observatoire de Paris och från WM Keck Observatory rapporterar sina resultat i februari 2-nummer av Nature.
Teamets slutsats ger stöd till en ny hypotes om utvecklingen av banorna i vårt solsystem största planeter, Jupiter, Saturn, Uranus och Neptune, framlagt av en grupp forskare under ledning av Alessandro Morbidelli, en teoretisk astronom med Conseil National de la Recherche Scientifique-laboratorium i Observatoire de la Cote d'Azur, Nice, Frankrike.
Diagram över asteroiden 617 Patroclus och dess följeslagare i solsystemet
I ett Nature-papper förra året föreslog Morbidelli och kollegor att isiga kometer skulle ha fångats i Jupiters trojanska punkter under solsystemets tidiga historia. Enligt deras scenario, under de första hundra miljoner åren efter solsystemets födelse, kretsade de stora gasplaneterna närmare solen, inneslutna i ett moln av miljarder stora asteroider kallade planetesimaler, kanske 100 kilometer (62 miles) i diameter eller mindre. Interaktioner med dessa planetesimaler fick de stora gasformiga planeterna att migrera utåt för ungefär 3,9 miljarder år sedan, då Jupiter och Saturn gick in i resonanta banor och började slänga planetesimalen runt som konfetti, varav några lämnade solsystemet för gott.
Huvuddelen av de återstående planetesimalerna bosatte sig i banor bortom Neptun - dagens Kuiper Belt och källan till korta kometer - men ett litet antal fångades i de trojanska virvlarna av jätteplaneterna, särskilt Jupiter.
"Detta är första gången någon direkt bestämmer tätheten för en trojansk asteroid, och den stöder det nya scenariot som föreslagits av Morbidelli," sade medförfattare Daniel Hestroffer, en astronom vid IMCEE. ”Dessa asteroider skulle ha fångats i trojanska punkterna vid en tidpunkt då de steniga planeterna fortfarande bildades, och denna störning av planetesimalerna cirka 650 miljoner år efter solsystemets födelse kunde ha skapat det sena bombardemanget av månen och Mars ”.
Även om Marchis hänvisar till scenariot som "en trevlig historia", medger han att mer arbete måste göras för att ge stöd för det.
"Vi måste upptäcka fler binära trojaner och observera dem för att se om låg densitet är ett kännetecken för alla trojaner," sade han.
Trojanska asteroider är de som fångas i de så kallade Lagrange-punkterna på Jupiters omloppsbana, som ligger på samma avstånd från Jupiter som Jupiter är från solen - 5 astronomiska enheter, eller 465 miljoner miles. Dessa punkter, den ena ledande och den andra släpande Jupiter, är platser där solens tyngdkraftsattraktion och Jupiter är balanserade, vilket gör att skräp kan samlas som dammkaniner i hörnet av ett rum. Hundratals asteroider har upptäckts i de ledande (L4) och efterföljande (L5) punkterna, var och en kretsar runt den punkten som i en virvel.
Asteroiden 617 Patroclus, som ursprungligen upptäcktes vid L5 och namngavs 1906, befanns ha en följeslagare 2001, och hittills är den enda kända trojanska binären. Upptäckarna kunde inte uppskatta komponenternas bana eftersom de hade för få observationer.
Som erfarna asteroidejägare upptäckte Marchis och hans kollegor i augusti i år det första trippel-asteroidesystemet, 87 Sylvia, mycket närmare solen i det huvudsakliga asteroidbältet mellan Mars och Jupiter, och använde ett kraftfullt 8-meters teleskop från det europeiska södra Observatoriets Very Large Telescope i Chile för att studera de tre föremålen. De kunde kartlägga asteroidernas bana för att uppskatta tätheten av Sylvia, från vilken de drog slutsatsen att det är en stenhög med löst, packat berg.
Det franska och amerikanska teamet försökte samma teknik med det mycket mer avlägsna Patroclus och använde avbildningsdata från Keck II Laser Guide Star System vid W. Keck Observatory på Mauna Kea, vilket ger en skarp upplösning omöjlig med något annat markbaserat teleskop .
"Tidigare kunde vi bara titta på föremål nära en ljus referensstjärna och begränsa användningen av adaptiv optik till en liten procentandel av himlen," sade Marchis. "Nu kan vi använda adaptiv optik för att se nästan alla punkter på himlen."
Laserstyrsystemet använder en laserstråle för att väcka natriumatomer på en liten plats i den övre atmosfären. Denna konstgjorda "stjärna" används för att mäta atmosfärisk turbulens, som sedan avlägsnas av de rörliga speglarna i det Keck adaptiva optiska systemet.
Med systemet som ger en oöverträffad upplösning på 58 miljoner sekund gjorde Keck-teamet fem observationer i infraröden mellan november 2004 och juli 2005. Marchis och hans kollegor bestämde att tätheten för Patroclus och dess följeslagare, som är ungefär samma storlek och cirkel runt massmitten var 4,3 dagar på ett avstånd av 680 kilometer (423 miles), var mycket låg: 0,8 gram per kubikcentimeter, ungefär en tredjedel av berg och ljus nog att flyta i vatten. Med antagande av en stenig komposition som liknar Jupiters månar Callisto och Ganymede, måste systemets komponenter vara mycket löst packade - ungefär halvtomt utrymme, en intern egenskap som inte förväntas för ett binärsystem av samma storlek, sluts forskarna .
Teamet föreslår en mer rimlig sammansättning av vattenis med endast 15 procent öppet utrymme, vilket gör att dessa föremål liknar kometer och små Kuiper Belt-föremål, som har fastställts ha mindre densitet än vatten.
Marchis misstänker att det binära systemet bildades när en enda stor asteroid revs ihop av gravitationen Jupiter.
"Patroclus-systemet uppvisar liknande egenskaper som de binära asteroiderna i närheten av jorden, som tros ha bildats under ett möte med en jordplanet genom tidvalssplitning," sade han. "När det gäller en trojansk asteroid är det först när arbetet för våra kollaboratörer publicerades nyligen att vi kunde föreslå att detta möte var med Jupiter."
Eftersom i Homers Iliad, Patroclus var Achilles följeslagare och en hjälte från Trojan-kriget, skulle Achilles ha varit ett lämpligt namn för en av de två asteroiderna, som har ungefär samma storlek. Men en annan asteroid har redan namnet Achilles, så Marchis och hans kollaboratörer föreslog att namnge den minsta medlemmen i det binära systemet Menoetius, efter fadern till Patroclus. Utskottet för småkroppsnamn inom Internationella astronomiska unionen har tentativt accepterat namnet. Asteroiden som betecknas Menoetius är cirka 112 kilometer i diameter, medan Patroclus är cirka 122 kilometer (76 miles) bred.
Förutom Marchis inkluderade teamet astronomiprofessor Imke de Pater och postdoktor Michael H. Wong från UC Berkeley; Daniel Hestroffer, Pascal Descamps, J ?? bf? R ?? bf? Mig Berthier och Fr ?? bf? D? Bf? Ric Vachier från Institut de M? Bf? Canique C? Bf? Leste et de beräkningar des ?? bf? ph ?? bf? m ?? bf? åk (IMCCE); och Antonin Bouchez, Randall Campbell, Jason Chin, Marcos van Dam, Scott Hartman, Erik Johansson, Robert Lafon, David Le Mignant, Paul Stomski, Doug Summers och Peter Wizinovich från W. Keck Observatory.
Projektet stöds av bidrag från National Science Foundation via Science and Technology Center for Adaptive Optics och av National Aeronautics and Space Administration. De flesta uppgifterna erhölls vid W. Keck-observatoriet, som drivs som ett vetenskapligt partnerskap mellan California Institute of Technology, University of California och NASA, med ytterligare observationer erhållna vid Gemini Observatory som drivs av Association of Universities for Research i Astronomy, Inc., under ett samarbetsavtal med NSF för Gemini-partnerskapet.
Originalkälla: UC Berkeley News Release
