Астрономы обнаружили самые маленькие астероиды, когда-либо обнаруженные в главном поясе

Автор: Unsplash/CC0 Public Domain

По оценкам, астероид, уничтоживший динозавров, имел диаметр около 10 километров. Это примерно как Бруклин. Предполагается, что такой массивный объект будет сталкиваться с Землей редко, раз в 100–500 миллионов лет.

Напротив, гораздо меньшие астероиды, размером с автобус, могут поражать Землю чаще, раз в несколько лет. Эти «декаметровые» астероиды, размером всего в десятки метров в поперечнике, с большей вероятностью покинут главный пояс астероидов и переместятся туда, чтобы стать околоземными объектами.

Если они ударятся, эти небольшие, но мощные космические камни могут послать ударные волны через целые регионы, как, например, столкновение в Тунгуске в Сибири в 1908 году и астероид 2013 года, который распался в небе над Челябинском на Урале. Возможность наблюдать за декаметровыми астероидами главного пояса откроет окно в происхождение метеоритов.

Теперь астрономы Массачусетского технологического института нашли способ обнаружить самые маленькие декаметровые астероиды в главном поясе астероидов — поле щебня между Марсом и Юпитером, где вращаются миллионы астероидов. До сих пор самые маленькие астероиды, которые ученые могли там различить, имели диаметр около километра. Благодаря новому подходу команды ученые теперь могут обнаруживать астероиды в главном поясе размером до 10 метров в поперечнике.

Исследователи предполагают, что этот подход можно будет использовать для выявления и отслеживания астероидов, которые могут приблизиться к Земле.

«Нам удалось обнаружить околоземные объекты размером до 10 метров, когда они находятся очень близко к Земле», — говорит ведущий автор исследования Артем Бурданов, научный сотрудник кафедры наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института.

«Теперь у нас есть способ обнаруживать эти небольшие астероиды, когда они находятся гораздо дальше, поэтому мы можем осуществлять более точное орбитальное отслеживание, что имеет ключевое значение для планетарной обороны».

Соавторами исследования являются профессора планетологии Массачусетского технологического института Жюльен де Вит и Ричард Бинцель, а также сотрудники из множества других институтов.

Сдвиг изображения

Де Вит и его команда в первую очередь сосредоточены на поиске и изучении экзопланет — миров за пределами Солнечной системы, которые могут быть пригодны для жизни. Исследователи являются частью группы, которая в 2016 году обнаружила планетную систему вокруг TRAPPIST-1, звезды, которая находится примерно в 40 световых годах от Земли.

Используя малый телескоп для изучения транзитных планет и планетизмов (TRAPPIST) в Чили, команда подтвердила, что вокруг звезды находятся каменистые планеты размером с Землю, некоторые из которых находятся в обитаемой зоне.

С тех пор ученые настроили множество телескопов, сфокусированных на различных длинах волн, на систему TRAPPIST-1, чтобы дополнительно охарактеризовать планеты и искать признаки жизни. В ходе этих поисков астрономам пришлось продираться сквозь «шум» на снимках телескопа, например, через газ, пыль и планетарные объекты между Землей и звездой, чтобы более четко расшифровать планеты TRAPPIST-1. Часто шум, который они отбрасывают, включает пролетающие астероиды.

«Для большинства астрономов астероиды — это своего рода небесные паразиты, в том смысле, что они просто пересекают поле зрения и влияют на ваши данные», — говорит де Вит.

Де Вит и Бурданов задались вопросом, можно ли переработать и добыть те же данные, которые используются для поиска экзопланет, для астероидов в нашей собственной солнечной системе. Для этого они обратились к «сдвигу и сложению» — методу обработки изображений, который был впервые разработан в 1990-х годах. Метод включает в себя сдвиг нескольких изображений одного и того же поля зрения и сложение изображений, чтобы увидеть, может ли в противном случае слабый объект затмить шум.

Применение этого метода для поиска неизвестных астероидов на изображениях, изначально сфокусированных на далеких звездах, потребовало бы значительных вычислительных ресурсов, поскольку это включало бы тестирование огромного количества сценариев того, где может находиться астероид. Затем исследователям пришлось бы сместить тысячи изображений для каждого сценария, чтобы увидеть, действительно ли астероид находится там, где его предсказывали.

Несколько лет назад Бурданов, де Вит и аспирантка Массачусетского технологического института Саманта Хасслер обнаружили, что они могут сделать это с помощью современных графических процессоров — графических процессоров, которые могут обрабатывать огромные объемы данных изображений на высокой скорости.

Первоначально они опробовали свой подход на данных обзора SPECULOOS (Search for habitable Planets EClipsing ULTra-cOOl Stars) — системы наземных телескопов, которая делает множество снимков звезды в течение долгого времени. Эти усилия, наряду со вторым приложением, использующим данные телескопа в Антарктиде, показали, что исследователи действительно могут обнаружить огромное количество новых астероидов в главном поясе.

«Неизведанное пространство»

Для нового исследования ученые искали больше астероидов, вплоть до меньших размеров, используя данные самой мощной в мире обсерватории — космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) NASA, который особенно чувствителен к инфракрасному, а не видимому свету. Как это часто бывает, астероиды, вращающиеся в главном поясе астероидов, намного ярче в инфракрасном диапазоне, чем в видимом, и поэтому их гораздо легче обнаружить с помощью инфракрасных возможностей JWST.

Команда применила свой подход к изображениям TRAPPIST-1, полученным с помощью JWST. Данные включали более 10 000 изображений звезды, которые изначально были получены для поиска признаков атмосфер вокруг внутренних планет системы. После обработки изображений исследователи смогли обнаружить восемь известных астероидов в главном поясе.

Затем они посмотрели дальше и обнаружили 138 новых астероидов вокруг главного пояса, все в пределах десятков метров в диаметре — самые маленькие астероиды главного пояса, обнаруженные на сегодняшний день. Они подозревают, что несколько астероидов находятся на пути к тому, чтобы стать околоземными объектами, в то время как один из них, вероятно, является троянцем — астероидом, который следует за Юпитером.

«Мы думали, что просто обнаружим несколько новых объектов, но мы обнаружили гораздо больше, чем ожидалось, особенно мелких», — говорит де Вит. «Это признак того, что мы исследуем новый режим популяции, где гораздо больше мелких объектов формируется в результате каскадов столкновений, которые очень эффективно разрушают астероиды ниже примерно 100 метров».

«Это совершенно новое, неизведанное пространство, в которое мы входим благодаря современным технологиям», — говорит Бурданов. «Это хороший пример того, что мы можем сделать как отрасль, когда смотрим на данные по-другому. Иногда это приносит большую выгоду, и это одна из них».

Больше информации: JWST sighting of decameter main-belt asteroids and view on meteorite sources, Nature (2024).

Источник: Massachusetts Institute of Technology