Brian May, a Queen gitárosa az aszteroidák eredetét kutatja

Csillagvizsgáló Svábhegyi

Brian May, a Queen gitárosa (aki nem mellesleg asztrofizikus) aszteroidákat kutató csoportokkal egüttműködve dolgozik két egyértelműen hasonló, de közben érthetetlenül különböző égitest rejtélyeinek megfejtésén. A kutatócsoport szuperszámítógépes “harcosok klubját” működtet, ahol nagyméretű aszteroida ütközések szimulációjával keresik a választ az égitestek lehetséges keletkezésére. Munkájukról a Nature Communications nemzetközi tudományos folyóiratban számoltak be.

Aszteroida_1: A Bennu és a Ryugu aszteroidákról készített felvételek (ESA)

A szóban forgó két égitest az 525 m átmérőjű Bennu aszteroida, illetve az 1 km átmérőjű Ryugu aszteroida, előbbihez a NASA OSIRIS-REx, utóbbihoz a japán Hayabusa2 küldetés látogatott el. Mindkettő aszteroida formáját tekintve egy búgócsigára hasonlít és a sűrűségük is meglehetősen hasonló. A hidratált anyagok spektroszkópiai feltérképezése során viszont kiderült, hogy eltérő mennyiségű víz található bennük. A Bennuhoz képest a Ryugu csak gyengén hidratált, annak ellenére, hogy “aszteroida években” számítva, az alig 100 millió éves objektum fiatalnak számít.

Spektroszkópiai vizsgálatok során a vizsgált fényt színeire, avagy hullámhosszaira bontjuk, éppen úgy, mint ahogyan az esőcsepp felbontja a fényt és kialakul a szépséges szivárvány. Az ily módon felbontott fényt spektrumnak nevezzük. Minden kémiai elem, vagy molekula egyedi nyomot, mondhatni “ujjlenyomatot” hagy a spektrumban, ami alapján egyértelműen meg lehet őket különböztetni. Ezeket a lenyomatokat visszafejtve spektroszkópiai vizsgálatokkal lényeges információkat tudhatunk meg a fényt kibocsátó, vagy fényt elnyelő testről. Az aszteroidák esetén is ilyen módszerrel, az általuk visszavert fényt vizsgálva állapították meg a felszínük összetételét, így pedig a víztartalmukat is.

A búgócsigák rejtélye

Impact_2: A Didymos aszteroidakettőshöz induló NASA DART működéséről készített fantáziavideó. A küldetés 2022 őszén tervez ütközni a kisebb aszteroidával. (ESA)

A kutatást Patrick Michel, a franciaországi Côte d’Azur Observatory vezető kutatója irányította, aki emellett az ESA bolygóvédelmi Hera küldetésének vezető kutatója is. A jelenlegi kutatás a Hera szempontjából is hasznos, ami majd a Didymos kettős aszteroida rendszert fogja meglátogatni és megvizsgálni. A Bennu és Ryugu aszteroidák esetében megfigyelt jellegzetes búgócsiga forma, a látványos egyenlítői kitüremkedéssel együtt ugyanis más objektumoknál is megfigyelhető – például a 780 m átmérőjű Didymos esetén is.

A vezető elmélet az, hogy a nagy sebességű forgás okozta centrifugális erő alakítja ki a formájukat, hosszú idő alatt, ahogyan az anyag a sarkok felől az egyenlítőre áramlik. Ilyen sebességű forgás kialakulhat a napsugárzás miatti fokozatos felmelegedéstől, mely jelenség a hangzatos Yarkovsky–O’Keefe–Radzievskii–Paddack (röviden YORP) effektus nevét viseli, négy aszteroidakutató tiszteletére. A Didymos aszteroidakettős esetén ez megválaszolhatja azt is, honnan származik az aszteroida körül keringő kisebb égitest: a gyorsan forgó egyenlítőről szakadhatott le. A Bennu és a Ryugu esetében azonban problémákba ütközünk. Közelebbről megvizsgálva őket, az egyenlítői területükön nagyméretű krátereket találtak, ami arra utal, hogy ez az egyenlítői, másnéven ekvatoriális kitüremkedés a kialakulásuk után korán kialakulhatott.

Reakkumuláció_3: Aszteroida fragmentumok reakkumulációját, avagy ismételt összeállását modellező szimuláció felvételei. (Brian May & Claudia Manzoni)

Az eredmények pedig felvetették a kérdést: vajon ezek az aszteroidajellemzők, a forma, a sűrűség és valamennyire még a hidratáltság is, az objektumok fejlődésének, evolúciójának eredményei, vagy a kialakulásuk közvetlen következményei?

Időutazás szuperszámítógépekkel

Szuperszámítógép_4: A Bluecrab nevet viselő szuperszámítógép klaszter, mely az aszteroidaütközéseket szimuláló modellezése miatt a “harcosok klubja” becenevet kapta. (University of Maryland)

Az egyik módja, hogy visszatekintsünk a múltba a számítógépes, numerikus szimulációkban rejlik, ahol 100 km-es nagyságrendű aszteroidákat ütköztetnek. Az ütközések során létrejövő rengeteg darabkából, más néven fragmentumból idővel új égitestek alakulhatnak ki. Az ilyen típusú testeket aggregátumoknak is hívjuk, mely elnevezés arra utal, hogy az adott test egy sor kisebb rész gyűjteményeként, összetapadásukkal alakult ki. Jelenleg úgy véljük, hogy a legtöbb 200 m-nél nagyobb aszteroida ilyen módon jöhetett létre.

Sztereogram_5: Az aszteroidaütközésekről készített szimulációkból kimereveített, sztereogram kép. A megörökített állapotban a fragmentumok még nem kezdenek el ismételten összetapadni. A színek az ütközéssel járó hő mennyiségét jelzik, vöröstől a kékig egyre kisebb hőmérsékletet jelezve. (Brian May & Claudia Manzoni)

A szimulációk roppant számításigényesek, több hónapig tartott a futtatásuk. Az eredményeikből azt állapították meg, hogy a fent leírt újra-összeállás, vagy reakkumuláció számos különböző formájú aszteroidát eredményezett, de látható egy tendencia a búgócsiga forma felé. Az összetapadó anyag ugyanis központi anyagkorongot formálhat, így pedig idővel kialakulhat a búgócsiga forma, vagy legalábbis egy szferoid, gömbszerű alak. Ha szferoid jön létre, azt idővel felgyorsíthatja a fent említett YORP effektus, hogy (aszteroida szempontból nézve gyorsan) kevesebb, mint 1 millió év alatt kialakuljon a megfigyelt egyenlítői kitüremkedés. Ez megmagyarázza a Bennu és a Ryugu aszteroidák esetén megfigyelteket, tehát a formát és a kráterezettséget is.

A kutatócsoport másik eredménye szerint a hidratáció, vagyis a széttört szülő égitest darabjaiból összeálló, új égitest kvázi víztartalma széles skálán változhat. Brian May Claudia Manzoni (London Stereoscopic Company) együttműködésével készített 3 dimenziós, sztereogram képeket közvetlenül az ütközést követő időpillanatokról. Itt megifgyelhető, hogy az egyes fragmentumok hőmérséklete, és így hidratáltsága is jelentős eltéréseket mutat. Ebből következtethetünk arra, hogy ütközéssel tehát létrehozható egy Bennu jellegű test, ami kevés hőt kapott, illetve egy Ryuguhoz hasonló aszteroida is, amit kezdetben forróbb anyag alkotott.

Az aszteroidák családfái

Az eredmény tehát az, hogy hiába ilyen eltérő most a Bennu és a Ryugu víztartalma, valójában tartozhatnak ugyabba az aszteroidacsaládba, származhatnak ugyanabból a szülő égitestből is. Tudjuk róluk, hogy az Aszteroida-öv ugyanazon régiójából eredeztethetőek, amitől valószínűbbnek tűnik a közös család, de ezt csak akkor fogjuk biztosan tudni, ha megérkeznek a Hayabusa2 és az OSIRIS-REx hozta aszteroidaminták a Földre.

A fenti videón Brian May mesél az ESA Hera missziójáról, angol nyelven.

Forrás: ESA, ESO

Szerző: Pál Bernadett, Tudományos segédmunkatárs
CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet