Ewolucja chmury odłamków wokół Dimorphosa i Didymosa po uderzeniu sondy DART
Seria zdjęć, uzyskanych przy pomocy instrumentu MUSE na Bardzo Dużym Teleskopie (VLT), pokazuje ewolucję chmury odłamków wyrzuconych, gdy sonda kosmiczna DART zderzyła się z asteroidą Dimorphos.

Pierwsze zdjęcie wykonano 26 września 2022 roku, tuż przed impaktem, natomiast ostatnie prawie miesiąc później, w dniu 25 października. W tym okresie rozwinęło się kilka struktur: zgęszczenia, spirale i długi warkocz pyłu odpychany przez promieniowanie Słońca. Biała strzałka na każdym z paneli wskazuje kierunek Słońca.

Dimorphos krąży wokół większej planetoidy o nazwie Didymos. Biała pozioma kreska wskazuje skalę 500 kilometrów, ale same planetoidy są oddalone od siebie zaledwie o 1 kilometr, więc nie da się ich rozdzielić na tych zdjęciach

Ślady widoczne w tle wynikają z pozornego ruchu gwiazd tła podczas obserwacji, gdyż teleskop śledził parę planetoid.

Źródło: ESO/Opitom et al.Przy pomocy Bardzo Dużego Teleskopu (VLT), należącego do ESO, dwa zespoły astronomów obserwowały skutki kolizji amerykańskiej sondy kosmicznej Double Asteroid Redirection Test (DART) z asteroidą Dimorphos. Kontrolowany impakt był testem obrony planetarnej, ale dał także astronomom unikalną szansę na dowiedzenie się więcej o budowie planetoidy, na podstawie wyrzuconej materii.

---

26 września 2022 r. sonda kosmiczna DART zderzyła się z planetoidą Dimorphos w ramach kontrolowanego testu naszych zdolności obrony przed asteroidami. Impakt nastąpił 11 milionów kilometrów od Ziemi, wystarczająco blisko, aby szczegółowo obserwować go wieloma teleskopami. Wszystkie cztery 8,2-metrowe teleskopy VLT w ESO w Chile dokonały obserwacji skutków impaktu, a pierwsze wyniki obserwacji z wykorzystaniem VLT zostały właśnie opublikowane w dwóch artykułach.

„Asteroidy to jedne z najbardziej pierwotnych reliktów tego, z czego powstały wszystkie planety i księżyce w Układzie Słonecznym” mówi Brian Murphy, doktorant na University of Edinburgh w Wielkiej Brytanii, współautor jednego z badań. Analiza obłok materii wyrzuconej po impakcie sondy DART może więc powiedzieć nam coś o tym, jak powstał Układ Słoneczny. „Zderzenia pomiędzy planetoidami zdarzają się w sposób naturalny, ale nigdy nie wiadomo z wyprzedzeniem, kiedy nastąpią” kontynuuje Cyrielle Opitom, astronom z University of Edinburgh, główna autorka jednej z prac. „DART to naprawdę wspaniała okazja do zbadania kontrolowanego impaktu, prawie jak w laboratorium”.

Opitom i jej zespół śledzili ewolucję obłoku materii przez miesiąc przy pomocy instrumentu Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) na teleskopie VLT należącym do ESO. Stwierdzili, iż wyrzucony obłok był bardziej niebieski niż sama planetoida przez impaktem, co wskazuje, że obłok może składać się z bardzo małych cząstek. W kolejne godziny i dni po uderzeniu rozwinęły się też inne struktury: zgęszczenia, spirale i długi warkocz odpychany przez promieniowanie Słońca. Spirale i warkocz były bardziej czerwone niż początkowy obłok, a więc mogły być zbudowane z większych cząstek.

MUSE pozwolił zespołowi Opitom na rozszczepienie światła od obłoku tak jak tęczę i spojrzeć na chemiczne odciski palców różnych gazów. W szczególności badacze szukali tlenu i wody pochodzących z lodu odsłoniętego po impakcie. Ale nic nie znaleziono. „Nie uważa się, że planetoidy zawierają znaczące ilości lodu, zatem wykrycie jakiegokolwiek śladu wody byłoby prawdziwą niespodzianką” wyjaśnia Opitom. Szukano także śladów gazów pędnych sondy DART, ale nie znaleziono ich. „Wiedzieliśmy, że to jak strzał w dziesiątkę” , wskazuje, “ponieważ ilość gazu pozostała w zbiornikach systemu napędowego nie powinna być duża. Co więcej, część zapewne przemieściła się zbyt daleko, aby ją wykryć przy pomocy MUSE w czasie, gdy zaczęliśmy obserwacje.”

Inna grupa badawcza, którą kierował Stefano Bagnulo, astronom w Armagh Observatory and Planetarium w Wielkiej Brytanii, badała jak uderzenie sondy DART wpłynęło na powierzchnię planetoidy.

„Gdy obserwujemy obiekty w Układzie Słonecznym, patrzymy na światło słoneczne, które jest rozproszone przez ich powierzchnie lub przez ich atmosfery, przez co staje się częściowo spolaryzowane” tłumaczy Bagnulo. Oznacza to, że fale świetlne oscylują wzdłuż preferowanego kierunku, a nie losowo. „Śledzenie, jak zmienia się polaryzacja wraz z orientacją planetoidy względem nas i Słońca, ujawnia strukturę i skład jej powierzchni.”

Bagnulo i jego współpracownicy używali instrumentu FOcal Reducer/low dispersion Spectrograph 2 (FORS2) na VLT do monitorowania planetoidy i odkryli, że poziom polaryzacji gwałtownie spadł po uderzeniu. W tym samym czasie całkowita jasność systemu wzrosła. Możliwym wyjaśnieniem jest to, że impakt odsłonił bardziej pierwotny materiał z wnętrza asteroidy. „Być może wydobyty przez uderzenie materiał był jaśniejszy i mniej spolaryzowany niż ten znajdujący się na powierzchni, ponieważ nigdy nie był eksponowany na wiatr słoneczny i promieniowanie słoneczne” mówi Bagnulo.

Inną możliwością jest, że impakt zniszczył cząstki na powierzchni, wyrzucając znacznie mniejsze do obłoku. „Wiemy, że w pewnym warunkach mniejsze fragmenty efektywniej odbijają światło, a mniej skutecznie je polaryzują” wyjaśnia Zuri Gray, doktorant w Armagh Observatory and Planetarium.

Badania prowadzone przez Bagnulo i Opitom pokazują potencjał VLT, gdy różne instrumenty współpracują razem. W rzeczywistości, oprócz MUSE i FORS2, skutki uderzenia były obserwowane jeszcze dwoma innymi instrumentami VLT, których danych analiza nadal trwa. „Te badania wykorzystały unikalną mozliwość, gdy NASA uderzyła w asteroidę” podsumowuje Opitom, „nie mogą być więc powtórzone przez żaden przyszły instrument. Czyni to dane zebrane przez VLT wczasie wokół uderzenia, szczególnie cennymi, jeśli chodzi o lepsze zrozumienie natury planetoid.”


Evolution of the cloud of debris around Dimorphos and Didymos after the DART impact
Ewolucja chmury szczątków wokół Dimorphos i Didymos po zderzeniu z DART

Więcej informacji
Badania przedstawione w pierwszej części komunikatu prasowego zostały zaprezentowane w artykule pt. „Morphology and spectral properties of the DART impact ejecta with VLT/MUSE”, który ukaże się w Astronomy & Astrophysics (doi:XXX). Druga część komunikatu prasowego odnosi się do publikacji pt. “Optical spectropolarimetry of binary asteroid Didymos-Dimorphos before and after the DART impact”, która ukaże się w Astrophysical Journal Letters (doi:XXX).

Skład zespołu badawczego dla pierwszych badań: C. Opitom (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Wielka Brytania [Edinburgh]), B. Murphy (Edinburgh), C. Snodgrass (Edinburgh), S. Bagnulo (Armagh Observatory & Planetarium, Wielka Brytania [Armagh]), S. F. Green (School of Physical Sciences, The Open University, Wielka Brytania), M. M. Knight (United States Naval Academy, USA), J. de Léon (Instituto de Astrofísica de Canarias, Hiszpania), J.-Y. Li (Planetary Science Institute, USA) oraz D. Gardener (Edinburgh).

Skład zespołu badawczego dla drugich badań: S. Bagnulo (Armagh), Z. Gray (Armagh), M. Granvik (Department of Physics, University of Helsinki, Finlandia [Helsinki]; Asteroid Engineering Laboratory, Luleå University of Technology, Szwecja), A. Cellino (INAF – Osservatorio Astrofisico di Torino, Włochy), L. Kolokolova (Department of Astronomy, University of Maryland, USA), K. Muinonen (Helsinki), O. Muñoz (Instituto de Astrofísica de Andalucía, CSIC, Hiszpania), C. Opitom (Edinburgh), A. Penttila (Helsinki) oraz Colin Snodgrass (Edinburgh).

Sondę DART zbudowało Johns Hopkins Applied Physics Lab i zarządzało misją DART dla NASA Planetary Defense Coordination Office jako project agencji Planetary Missions Program Office. LICIACube to project Włoskiej Agencji Kosmicznej (ASI), prowadzony przez Argotec. Więcej informacji o misji DART znajduje się na stronach https://www.nasa.gov/dart oraz https://dart.jhuapl.edu

Źródło: Europejskie Obserwatorium Południowe (European Southern Observatory)