Astronomové z MIT objevili nejmenší asteroidy v hlavním pásu

Asteroid, který vyhubil dinosaury, měl průměr asi 10 kilometrů – zhruba jako rozloha brooklynského okresu v New Yorku. Takový obrovský objekt dopadne na Zemi jen zřídka, jednou za 100 až 500 milionů let.

Mnohem menší asteroidy, velikosti autobusu, mohou Zemi zasáhnout častěji, každých několik let. Tyto „dekametrové“ asteroidy, měřící pouhých několik desítek metrů, s větší pravděpodobností opustí hlavní pás asteroidů a stanou se objekty blízkými Zemi. Pokud se srazí se Zemí, mohou tyto malé, ale silné vesmírné kameny otřást celými regiony, jako v případě dopadu v Tungusce na Sibiři v roce 1908 nebo v Čeljabinsku na Uralu v roce 2013. Schopnost pozorovat dekametrové asteroidy v hlavním pásu by poskytla cenné informace o původu meteoritů.

Mezinárodní tým fyziků z MIT nyní objevil způsob, jak detekovat nejmenší dekametrové asteroidy v hlavním pásu asteroidů – rozsáhlém poli mezi Marsem a Jupiterem, kde obíhají miliony asteroidů. Doposud dokázali vědci v této oblasti rozlišit asteroidy o průměru nejméně jeden kilometr. Pomocí nového přístupu vědci nyní mohou pozorovat asteroidy v hlavním pásu o průměru pouhých 10 metrů.

V článku publikovaném v časopise Nature výzkumníci uvádějí, že pomocí svého přístupu objevili více než 100 nových dekametrových asteroidů v hlavním pásu. Tyto vesmírné objekty se svou velikostí pohybují od autobusu až po několik stadionů a jsou nejmenšími asteroidy v hlavním pásu, které byly doposud detekovány.

Výzkumníci předpokládají, že tento přístup lze použít k identifikaci a sledování asteroidů, které se s vysokou pravděpodobností přiblíží k Zemi.

„Dokázali jsme detekovat objekty blížící se Zemi o velikosti až 10 metrů, když jsou velmi blízko k Zemi,“ říká vedoucí autor studie Artem Burdanov, vědecký pracovník oddělení věd o Zemi, atmosféře a planetárních vědách MIT. „Nyní máme způsob, jak tyto malé asteroidy pozorovat, když jsou mnohem dále, takže můžeme provádět přesnější sledování jejich oběžných drah, což je klíčové pro planetární obranu.“

Mezi spoluautory studie patří profesoři planetárních věd MIT Julien de Wit a Richard Binzel, spolu s kolegy z mnoha dalších institucí, včetně Univerzity v Lutychu v Belgii, Univerzity Karlovy v České republice, Evropské kosmické agentury a institucí v Německu, jako je Max Planckův institut pro mimozemskou fyziku a Univerzita v Oldenburgu.

Posun obrazu

De Wit a jeho tým se primárně zaměřují na hledání a výzkum exoplanet – světů mimo sluneční soustavu, které by mohly být obyvatelné. Výzkumníci jsou součástí skupiny, která v roce 2016 objevila planetární systém kolem TRAPPIST-1, hvězdy vzdálené asi 40 světelných let od Země. Pomocí malého dalekohledu pro hledání tranzitujících planet a planetoidů (TRAPPIST) v Chile tým potvrdil, že hvězda hostí skalnaté planety o velikosti Země, z nichž několik se nachází v obyvatelné zóně.

Vědci od té doby zaměřili mnoho dalekohledů na různých vlnových délkách na systém TRAPPIST-1, aby dále charakterizovali planety a hledali známky života. Při tomto hledání museli astronomové procházet „šumem“ na snímcích z dalekohledu, jako je jakýkoli plyn, prach a planetární objekty mezi Zemí a hvězdou, aby jasněji rozlišili planety TRAPPIST-1. Šum, který často odstraňovali, zahrnoval prolétávající asteroidy.

„Pro většinu astronomů jsou asteroidy jakýmsi ‚škůdcem‘ na obloze, v tom smyslu, že se jen protnou s vaším zorným polem a ovlivní vaše data,“ říká De Wit.

De Wit a Burdanov se zamysleli nad tím, zda by stejná data použitá k hledání exoplanet nemohla být znovu použita a prozkoumána pro asteroidy v naší vlastní sluneční soustavě. K tomu použili techniku zpracování obrazu „posun a složení“, která byla poprvé vyvinuta v 90. letech. Tato metoda zahrnuje posunování více snímků stejného zorného pole a jejich skládání, aby se zjistilo, zda neviditelný objekt může předčít šum.

Použití této metody k hledání neznámých asteroidů na snímcích, které jsou původně zaměřeny na vzdálené hvězdy, by vyžadovalo značné výpočetní prostředky, protože by zahrnovalo testování obrovského počtu scénářů, kde by se asteroid mohl nacházet. Výzkumníci by pak museli posunout tisíce snímků pro každý scénář, aby zjistili, zda se asteroid skutečně nachází tam, kde se předpokládalo.

Před několika lety Burdanov, De Wit a postgraduální studentka MIT Samantha Hasler zjistili, že to mohou udělat pomocí špičkových grafických procesorů, které dokážou zpracovat obrovské množství obrazových dat vysokou rychlostí.

Svou metodu nejprve vyzkoušeli na datech z průzkumu SPECULOOS (Search for habitable Planets EClipsing ULtra-cOOl Stars) – systému pozemních dalekohledů, který pořizuje mnoho snímků hvězdy v průběhu času. Tento úsilí, spolu s dalším použitím dat z dalekohledu na Antarktidě, ukázalo, že výzkumníci skutečně mohou objevit velké množství nových asteroidů v hlavním pásu.

„Nezmapovaný prostor“

V nové studii výzkumníci hledali více asteroidů, až po menší velikosti, pomocí dat z nejvýkonnější observatoře na světě – vesmírného dalekohledu Jamese Webba (JWST) od NASA, který je obzvláště citlivý na infračervené záření, spíše než na viditelné světlo. Asteroidy, které obíhají v hlavním pásu asteroidů, jsou na infračervených vlnových délkách mnohem jasnější než na viditelných vlnových délkách, a proto jsou s infračervenými možnostmi JWST mnohem snadněji detekovatelné.

Tým aplikoval svůj přístup na snímky TRAPPIST-1 pořízené JWST. Data obsahovala více než 10 000 snímků hvězdy, které byly původně získány k hledání známek atmosféry kolem vnitřních planet systému. Po zpracování snímků byli výzkumníci schopni objevit osm známých asteroidů v hlavním pásu. Poté pátrali dál a objevili 138 nových asteroidů kolem hlavního pásu, všechny o průměru několika desítek metrů – nejmenší asteroidy v hlavním pásu, které byly doposud detekovány. Domnívají se, že několik asteroidů je na cestě k tomu, aby se staly objekty blízkými Zemi, zatímco jeden je pravděpodobně troján – asteroid, který sleduje Jupiter.

„Mysleli jsme si, že objevíme jen několik nových objektů, ale objevili jsme jich mnohem více, než jsme očekávali, zejména malých,“ říká De Wit. „Je to znamení, že zkoumáme nový populační režim, kde se tvoří mnohem více malých objektů prostřednictvím kaskád kolizí, které jsou velmi efektivní při rozbíjení asteroidů o průměru menším než přibližně 100 metrů.“

„Statistiky těchto dekametrových asteroidů hlavního pásu jsou kritické pro modelování,“ dodává Miroslav Brož, spoluautor z Univerzity Karlovy v Praze v České republice a specialista na různé populace asteroidů ve sluneční soustavě. „Ve skutečnosti se jedná o úlomky vyvržené během kolizí větších asteroidů o velikosti několika kilometrů, které jsou pozorovatelné a často vykazují podobné oběžné dráhy kolem Slunce, takže je seskupujeme do ‚familií‘ asteroidů.“

„Díky moderním technologiím vstupujeme do zcela nového, neprozkoumaného prostoru,“ říká Burdanov. „Je to dobrý příklad toho, co můžeme jako obor dělat, když se na data díváme jinak. Někdy se vyplatí a tohle je jeden z nich.“

Tato práce byla částečně podpořena Nadací Heising-Simons, Českou vědeckou fondem a programem NVIDIA Academic Hardware Grant.