Хаббл отправился на поиски небольших астероидов главного пояса

Это изображение спиральной галактики UGC 12158 с перемычкой, полученное космическим телескопом Хаббла, выглядит так, будто кто-то поднес к нему белую маркировочную ручку. На самом деле это комбинация временных экспозиций астероида на переднем плане, движущегося через поле зрения Хаббла. Было сделано несколько снимков галактики, о чем свидетельствует пунктирный рисунок. Астероид выглядит как изогнутый след из-за параллакса, поскольку Хаббл не неподвижен, а вращается вокруг Земли, и это создает иллюзию, что слабый астероид плывет по изогнутой траектории. Неизведанный астероид находится внутри пояса астероидов в нашей Солнечной системе и, следовательно, в 10 триллионов раз ближе к Хабблу, чем фоновая галактика. Этот тип данных не доставляет неудобств, а полезен астрономам для проведения «переписи населения» астероидов в нашей Солнечной системе. Автор: NASA, ESA, Pablo García Martín (UAM); Image Processing: Joseph DePasquale (STScI); Acknowledgment: Alex Filippenko (UC Berkeley)

Подобно валунам, камням и гальке, разбросанным по ландшафту, астероиды бывают самых разных размеров. Каталогизировать астероиды в космосе сложно, потому что они слабые и их невозможно сфотографировать, пока они проносятся по орбитам вокруг Солнца.

Астрономы недавно использовали множество архивных изображений, полученных космическим телескопом Хаббл НАСА, чтобы визуально поймать на своем пути практически невидимую популяцию меньших астероидов. Для поиска потребовалось просмотреть 37 000 изображений Хаббла за 19 лет. Результатом стало обнаружение 1701 следа астероидов, причем 1031 из астероидов ранее не вносились в каталоги. Около 400 из этих не внесенных в каталог астероидов имеют размер менее 1 километра.

Добровольцы со всего мира, известные как «гражданские ученые», внесли свой вклад в идентификацию. Профессиональные ученые объединили усилия добровольцев с алгоритмом машинного обучения для идентификации астероидов. По словам исследователей, это представляет собой новый подход к поиску астероидов в астрономических архивах, охватывающих десятилетия, который может быть эффективно применен к другим наборам данных.

«Мы углубляемся в наблюдение меньшей популяции астероидов главного пояса. Мы были удивлены, увидев такое большое количество объектов-кандидатов», — сказал ведущий автор Пабло Гарсиа Мартин из Автономного университета Мадрида, Испания. «Был некоторый намек на то, что эта популяция существует, но теперь мы подтверждаем это случайной выборкой популяции астероидов, полученной с использованием всего архива Хаббла. Это важно для понимания эволюционных моделей нашей Солнечной системы».

Большая случайная выборка дает новое представление о формировании и эволюции пояса астероидов. Обнаружение множества маленьких астероидов подтверждает идею о том, что они представляют собой фрагменты более крупных астероидов, которые столкнулись и раскололись, как разбитая керамика. Это процесс измельчения, охватывающий миллиарды лет.

Альтернативная теория существования более мелких фрагментов состоит в том, что они образовались таким образом миллиарды лет назад. Но не существует никакого мыслимого механизма, который бы удерживал их от увеличения размеров снежным комом по мере того, как они собирали пыль из околозвездного диска, образующего планеты, вокруг нашего Солнца. «У столкновений будет определенная сигнатура, которую мы сможем использовать для проверки нынешней численности населения главного пояса», — сказал соавтор Бруно Мерин из Европейского центра космической астрономии в Мадриде, Испания.

Этот график основан на архивных данных космического телескопа «Хаббл», которые использовались для идентификации практически невидимой популяции очень маленьких астероидов. Для комплексной охоты за следами астероидов потребовалось просмотреть 37 000 изображений Хаббла за 19 лет. Это было достигнуто с помощью добровольцев «гражданской науки» и алгоритмов искусственного интеллекта. Результатом стало обнаружение 1701 следа ранее не обнаруженных астероидов. Автор: Pablo García Martín (UAM), Elizabeth Wheatley (STScI)

Астрономы-любители обучают ИИ находить астероиды

По мере движения Хаббла вокруг Земли он меняет точку зрения, наблюдая за астероидом, который также движется по собственной орбите. Зная положение Хаббла во время наблюдения и измеряя кривизну полос, ученые могут определить расстояния до астероидов и оценить формы их орбит.

Захваченные астероиды в основном обитают в главном поясе, который лежит между орбитами Марса и Юпитера. Их яркость измеряется чувствительными камерами Хаббла. А сравнение их яркости с расстоянием позволяет оценить размер. Яркость самых тусклых астероидов в обзоре составляет примерно одну сорок миллионную яркости самой тусклой звезды, которую может видеть человеческий глаз.

«Положения астероидов меняются со временем, и поэтому вы не можете найти их, просто введя координаты, потому что в разное время их может там не быть», — сказал Мерин. «Как у астрономов, у нас нет времени просматривать все изображения астероидов. Поэтому у нас возникла идея сотрудничать с более чем 10 000 добровольцами, чтобы просмотреть огромные архивы Хаббла».

В 2019 году международная группа астрономов запустила Hubble Asteroid Hunter — гражданский научный проект по выявлению астероидов в архивных данных Хаббла. Инициатива была разработана исследователями и инженерами Европейского центра науки и технологий (ESTEC) и центра научных данных Европейского центра космической астрономии (ESDC) в сотрудничестве с платформой Zooniverse, крупнейшей в мире и самой популярной платформой гражданской науки. Google.

В общей сложности 11 482 добровольца, которые предоставили почти 2 миллиона идентификаций, затем получили обучающий набор для автоматизированного алгоритма идентификации астероидов на основе искусственного интеллекта. Этот новаторский подход может быть эффективно применен к другим наборам данных.

Затем проект будет исследовать полосы ранее неизвестных астероидов, чтобы охарактеризовать их орбиты и изучить их свойства, такие как периоды вращения. Поскольку большая часть этих полос астероидов была захвачена Хабблом много лет назад, сейчас невозможно проследить за ними и определить их орбиты.

Результаты опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysicals.

Больше информации: Pablo García-Martín et al, Hubble Asteroid Hunter, Astronomy & Astrophysics (2024). DOI: 10.1051/0004-6361/202346771

Источник: NASA