Een artistieke illustratie van de binaire asteroïden Patroclus (midden) en Menoetius. Afbeelding tegoed: W.M. Keck Observatorium. Klik om te vergroten
In de schaduw van Jupiter is een paar ijzige kometen gevonden die lijken op de vuile sneeuwballen die buiten de baan van Neptunus cirkelen.
Astronomen van de University of California, Berkeley hebben samen met collega's in Frankrijk en de Keck Telescope in Hawaii de dichtheid berekend van een bekend binair asteroïdesysteem dat de baan van Jupiter deelt, en concludeerden dat Patroclus en zijn metgezel waarschijnlijk voornamelijk uit water bestaan ijs bedekt met een patina van vuil.
Omdat wordt aangenomen dat vuile sneeuwballen zich hebben gevormd in de buitenste delen van het zonnestelsel, van waaruit ze af en toe losraken en als kometen dichter bij de zon komen, suggereert het team dat de asteroïde waarschijnlijk ver van de zon is gevormd. Het is hoogstwaarschijnlijk vastgelegd in een van Jupiter's Trojaanse punten - twee draaikolken waar puin zich ophoopt in de baan van Jupiter - tijdens een periode waarin het innerlijke zonnestelsel intens werd gebombardeerd door kometen, ongeveer 650 miljoen jaar na de vorming van het zonnestelsel.
Als dit wordt bevestigd, kan dit betekenen dat veel of de meeste van de waarschijnlijk duizenden Jupiter's Trojaanse asteroïden vuile sneeuwballen zijn die veel verder van de zon afkomstig zijn en tegelijkertijd met de objecten die nu de Kuipergordel bezetten.
"Het is ons vermoeden dat de Trojaanse paarden kleine Kuipergordel-objecten zijn", zegt studieleider Franck Marchis, een onderzoeksastronoom aan UC Berkeley.
Marchis en collega's van het Institut de M ?? bf? Canique C ?? bf? Leste et Calculs d? ?? bf? Ph? Bf? M? Bf? Ritten (IMCCE) bij het Observatoire de Paris en van de WM Keck Observatory rapporteert hun bevindingen in het nummer van 2 februari van Nature.
De conclusie van het team voegt steun toe aan een recente hypothese over de evolutie van de banen van de grootste planeten van ons zonnestelsel, Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus, naar voren gebracht door een groep onderzoekers onder leiding van Alessandro Morbidelli, een theoretische astronoom bij de Conseil National de la Recherche Scientifique laboratorium van het Observatoire de la Cote d'Azur, Nice, Frankrijk.
Diagram van de asteroïde 617 Patroclus en zijn metgezel in het zonnestelsel
In een Nature-paper vorig jaar stelden Morbidelli en collega's voor dat ijzige kometen tijdens de vroege geschiedenis van het zonnestelsel in Jupiter's Trojaanse punten zouden zijn gevangen. Volgens hun scenario draaiden de grote gasplaneten gedurende de eerste paar honderd miljoen jaar na de geboorte van het zonnestelsel dichter bij de zon, gehuld in een wolk van miljarden grote asteroïden die planetesimalen worden genoemd, misschien 100 kilometer (62 mijl) in diameter of minder. Interacties met deze planetesimalen zorgden ervoor dat de grote gasvormige planeten naar buiten migreerden tot ongeveer 3,9 miljard jaar geleden, toen Jupiter en Saturnus resonerende banen binnengingen en de planetesimalen begonnen rond te gooien als confetti, waarvan sommigen het zonnestelsel voorgoed verlieten.
Het grootste deel van de overgebleven planetesimalen vestigde zich in banen buiten Neptunus - de huidige Kuipergordel en de bron van kometen met een korte periode - maar een klein aantal werd gevangen genomen in de Trojaanse draaikolken van de gigantische planeten, met name Jupiter.
"Dit is de eerste keer dat iemand rechtstreeks de dichtheid van een Trojaanse asteroïde heeft bepaald, en het ondersteunt het nieuwe scenario dat Morbidelli voorstelt", zegt coauteur Daniel Hestroffer, een astronoom bij de IMCEE. 'Deze asteroïden zouden in de Trojaanse punten zijn gevangen op een moment dat de rotsachtige planeten zich nog vormden, en deze verstoring van de planetesimalen ongeveer 650 miljoen jaar na de geboorte van het zonnestelsel had het late bombardement van de maan en Mars kunnen veroorzaken . '
Hoewel Marchis het scenario "een mooi verhaal" noemt, geeft hij toe dat er meer werk moet worden verzet om het te ondersteunen.
"We moeten meer binaire Trojaanse paarden ontdekken en observeren om te zien of lage dichtheid een kenmerk is van alle Trojaanse paarden", zei hij.
Trojaanse asteroïden zijn die welke zijn gevangen in de zogenaamde Lagrange-punten van de baan van Jupiter, op dezelfde afstand van Jupiter als Jupiter van de zon - 5 astronomische eenheden of 465 miljoen mijl. Deze punten, de ene voor en de andere achter Jupiter, zijn plaatsen waar de zwaartekracht van de zon en Jupiter in evenwicht zijn, waardoor puin zich kan verzamelen als stofkonijntjes in de hoek van een kamer. Honderden asteroïden zijn ontdekt in de voorste (L4) en achterste (L5) punten, elk rond dat punt als in een wervel.
De asteroïde 617 Patroclus, oorspronkelijk ontdekt op L5 en genoemd in 1906, bleek in 2001 een metgezel te hebben en tot nu toe is dit het enige bekende Trojaanse binaire bestand. De ontdekkers konden de baan van de componenten niet schatten omdat ze te weinig waarnemingen hadden.
Zoals ervaren asteroïdejagers, ontdekten Marchis en zijn collega's in augustus van dit jaar het eerste drievoudige asteroïdesysteem, 87 Sylvia, veel dichter bij de zon in de belangrijkste asteroïdengordel tussen Mars en Jupiter, en gebruikten ze een krachtige 8-meter telescoop van de Europese Zuidelijke Observatory's Very Large Telescope in Chili om de drie objecten te bestuderen. Ze waren in staat om de banen van de asteroïden in kaart te brengen om de dichtheid van Sylvia te schatten, waaruit ze concludeerden dat het een puinhoop is van losjes gepakte rots.
Het Franse en Amerikaanse team probeerde dezelfde techniek met het veel verder weg gelegen Patroclus, waarbij beeldgegevens werden gebruikt van het Keck II Laser Guide Star-systeem in het W. Keck Observatorium op Mauna Kea, wat een scherpe resolutie oplevert die onmogelijk is met elke andere op de grond gebaseerde telescoop .
"Voorheen konden we alleen naar objecten in de buurt van een heldere referentiester kijken, waardoor het gebruik van adaptieve optica tot een klein percentage van de hemel werd beperkt", zei Marchis. "Nu kunnen we adaptieve optica gebruiken om bijna elk punt in de lucht te bekijken."
Het lasergeleidersysteem maakt gebruik van een laserstraal om natriumatomen op een kleine plek in de bovenste atmosfeer op te wekken. Deze kunstmatige 'ster' wordt gebruikt om atmosferische turbulentie te meten, die vervolgens wordt verwijderd door de beweegbare spiegels van het Keck adaptieve optische systeem.
Omdat het systeem een ongeëvenaarde resolutie van 58 milliarcseconde bood, maakte het Keck-team tussen november 2004 en juli 2005 vijf waarnemingen in het infrarood. Marchis en zijn collega's bepaalden dat de dichtheid van Patroclus en zijn metgezel, die ongeveer even groot zijn en rond hun zwaartepunt elke 4,3 dagen op een afstand van 680 kilometer (423 mijl), was erg laag: 0,8 gram per kubieke centimeter, ongeveer een derde van dat van gesteente en licht genoeg om in water te drijven. Uitgaande van een rotsachtige compositie die lijkt op die van Jupiter's manen Callisto en Ganymede, zouden de componenten van het systeem zeer losjes verpakt moeten zijn - ongeveer half lege ruimte, een intern kenmerk dat niet wordt verwacht voor een binair systeem van dezelfde grootte, concludeerden de onderzoekers .
Het team suggereert een redelijkere samenstelling van waterijs met slechts 15 procent open ruimte, waardoor deze objecten vergelijkbaar zijn met kometen en kleine Kuipergordelobjecten, waarvan is vastgesteld dat ze een lagere dichtheid hebben dan water.
Marchis vermoedt dat het binaire systeem is ontstaan toen een enkele grote asteroïde door de zwaartekrachtsleepboot van Jupiter werd verscheurd.
"Het Patroclus-systeem vertoont vergelijkbare kenmerken als de binaire Near Earth-asteroïden, waarvan wordt aangenomen dat ze zijn gevormd tijdens een ontmoeting met een terrestrische planeet door getijdensplitsing," zei hij. "In het geval van een Trojaanse asteroïde konden we pas suggereren dat deze ontmoeting met Jupiter was toen het werk van onze medewerkers onlangs werd gepubliceerd."
Omdat Patroclus in de Ilias van Homerus Achilles 'metgezel was en een held van de Trojaanse oorlog, zou Achilles een toepasselijke naam zijn geweest voor een van de twee asteroïden, die ongeveer even groot zijn. Een andere asteroïde heeft echter al de naam Achilles, dus Marchis en zijn medewerkers stelden voor om het kleinste lid van het binaire systeem Menoetius te noemen, naar de vader van Patroclus. Het Comité voor kleine lichaamsnamen van de Internationale Astronomische Unie heeft de naam voorlopig aanvaard. De asteroïde die Menoetius wordt genoemd, heeft een diameter van ongeveer 112 kilometer (70 mijl), terwijl Patroclus ongeveer 122 kilometer (76 mijl) breed is.
Naast Marchis bestond het team uit astronomieprofessor Imke de Pater en postdoctoraal onderzoeker Michael H. Wong van UC Berkeley; Daniel Hestroffer, Pascal Descamps, J ?? bf? R ?? bf? Me Berthier en Fr ?? bf? D? Bf? Ric Vachier van het Institut de M ?? bf? Canique C ?? bf? Leste et de Calculs des ?? bf? ph? bf? m? bf? ritten (IMCCE); en Antonin Bouchez, Randall Campbell, Jason Chin, Marcos van Dam, Scott Hartman, Erik Johansson, Robert Lafon, David Le Mignant, Paul Stomski, Doug Summers en Peter Wizinovich van de W. Keck Observatory.
Het project werd ondersteund door subsidies van de National Science Foundation via het Science and Technology Centre for Adaptive Optics en door de National Aeronautics and Space Administration. De meeste gegevens zijn verkregen bij het W. Keck Observatorium, dat wordt geëxploiteerd als een wetenschappelijk partnerschap tussen het California Institute of Technology, de University of California en NASA, en aanvullende observaties zijn verkregen bij het Gemini Observatory, beheerd door de Association of Universities for Research in Astronomy, Inc., in het kader van een samenwerkingsovereenkomst met de NSF namens het Gemini-partnerschap.
Oorspronkelijke bron: UC Berkeley News Release
