Planetoida Kleopatra pod różnymi kątami
11 zdjęć planetoidy Kleopatra widzianej pod różnymi kątami w trakcie jej rotacji. Fotografie zostały uzyskane w różnych momentach czasu od 2017 do 2019 roku przy pomocy instrumentu Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (SPHERE) na teleskopie VLT należącym do ESO.

Kleopatra krąży wokół Słońca w pasie planetoid pomiędzy Marsem a Jowiszem. Astronomowie nazywają ją "planetoidą psiej kości" od chwili, gdy obserwacje radarowe około 20 lat temu pokazały, że posiada dwa płaty połączone cienką "szyją".

Źródło:
ESO/Vernazza, Marchis et al./MISTRAL algorithm (ONERA/CNRS)
Przy Bardzo Dużego Teleskopu (VLT), należącego do Europejskiego Obserwatorium Południowego, zespół astronomów uzyskał najostrzejsze i najbardziej szczegółowe jak dotąd zdjęcia planetoidy Kleopatra. Obserwacje pozwoliły naukowcom bardziej precyzyjnie określić trójwymiarowy kształt i masę tej nietypowej planetoidy (asteroidy), która przypomina psią kość. Wyniki dostarczają wskazówek na temat tego w jaki sposób uformowała się ta asteroida i jej dwa księżyce.

---

„Kleopatra to prawdziwie unikatowe ciało w naszym Układzie Słonecznym,” mówi Franck Marchis, astronom z SETI Institute w Mountain View (USA) i Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (Francja), który kierował badaniami asteroidy — która posiada księżyce i ma nietypowy kształt — opublikowanymi dzisiaj w Astronomy & Astrophysics. „Nauka dokonuje znacznego postępu dzięki badaniom wartości odstających od normy. Sądzę że Kleopatra jest jednym z takich przypadków i zrozumienie tego skomplikowanego, wielokrotnego systemu asteroidalnego może nam pomóc w dowiedzeniu się czegoś więcej o Układzie Słonecznym”.

Kleopatra krąży wokół Słońca w pasie planetoid pomiędzy Marsem i Jowiszem. Astronomowie przezwali ją “planetoidą psiej kości” od momentu obserwacji radarowych wykonanych około 20 lat temu, które pokazały, że ma dwa płaty połączone cienką „szyją”, W 2008 roku Marchis i jego współpracownicy odkryli, że Kleopatra jest okrążana przez dwa księżyce, które nazwano AlexHelios and CleoSelene, od imion dzieci egipskiej królowej.

Aby lepiej poznać Kleopatrę, Marchis ze swoim zespołem wykorzystał zdjęcia planetoidy wykonane w różnych momentach od 2017 do 2019 roku przy pomocy instrumentu Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (SPHERE) na teleskopie VLT. Ponieważ planetoida obraca się, można było patrzeć na nią pod różnymi kątami i utworzyć najbardziej dokładny jak dotąd trójwymiarowy model jej kształtu. Otrzymano ograniczenia dla kształtu i objętości asteroidy, odkrywając, że jeden z płatów jest większy od drugiego oraz określając długość asteroidy na około 270 kilometrów (mniej więcej połowa długości kanału La Manche).

W drugich badaniach, również opublikowanych w Astronomy & Astrophysics, którymi kierował Miroslav Brož z Charles University w Pradze (Czechy), zespół przedstawił w jaki sposób użyto SPHERE do obserwacji, aby określić orbity dwóch księżyców Kleopatry. Poprzednie badania szacowały orbity, ale nowe obserwacje z VLT pokazały, że księżyce nie znajdowały się tam, gdzie wcześniej przewidywano.

„Trzeba było rozwiązać ten problem” mówi Brož. „Ponieważ jeśli orbity księżyców były błędne, to wszystko było niepoprawne, w tym masa Kleopatry”. Dzięki nowym obserwacjom i złożonemu modelowaniu, grupie udało się precyzyjnie opisać w jaki sposób grawitacja Kleopatry wpływa na ruch księżyców i ustalić skomplikowane orbity dla satelitów AlexHelios i CleoSelene. Pozwoliło to na obliczenie masy planetoidy i okazało się, że jest o 35% mniejsza niż wskazywały poprzednie szacunki.

Łącząc nowe oszacowania dla objętości i masy, astronomowie byli w stanie obliczyć nową wartość gęstości planetoidy, która wynosi mniej niż połowa gęstości żelaza i okazała się mniejsza niż uważano wcześniej [1]. Mała gęstość Kleopatry, o której sądzi się, że ma skład metaliczny, sugeruje że struktura jest porowata i może być niewiele więcej niż „stertą gruzu”. Oznacza to, że przypuszczalnie powstała gdy ponownie akumulował się materiał z wielkiego uderzenia.

Gruzowa struktura Kleopatry i sposób, w jaki rotuje, dają także wskazówki na temat sposobu, w jaki mogły uformować się dwa księżyce. Planetoida obraca się prawie z prędkością krytyczną, czyli taką przy której zaczęłaby się rozpadać i nawet niewielkie uderzenia mogły wybić kamienie z jej powierzchni. Marchis i jego zespół uważają, że te kamienie mogły następnie uformować księżyce AlexHelios i CleoSelene, co oznacza, że naprawdę Kleopatra „urodziła” swoje satelity.

Nowe zdjęcia Kleopatry i wskazówki, których dostarczają, były możliwe jedynie dzięki jednym już najbardziej zaawansowanych systemów optyki adaptacyjnej używanych na teleskopie VLT, pracującym na pustyni Atakama w Chile. Optyka adaptacyjna pomaga korygować zaburzenia powodowane przez ziemską atmosferę, które powodują rozmycie obiektu – ten sam efekt powoduje, że gwiazdy widziane z Ziemi migoczą. Dzięki tym korekcjom instrument SPHERE był w stanie uzyskać obraz Kleopatry — znajdującej się 200 milionów kilometrów od nas w pozycji najbliżej Ziemi — nawet jeśli jej widomy obraz na niebie odpowiada wielkości piłki golfowej leżącej 40 kilometrów od nas.


This animation shows where the orbit of the asteroid Kleopatra (in red) is in our Solar System. Kleopatra orbits the Sun in the Asteroid Belt, which is located between the orbits of Mars and Jupiter.
Źródło: ESO/spaceengine.org

Nadchodzący Ekstremalnie Wielki Teleskop (ELT), budowany przez ESO, z zaawansowanymi systemami optyki adaptacyjnej, będzie idealnym instrumentem do fotografowania odległych planetoid, takich jak Kleopatra. „Nie mogę się doczekać chwili, gdy skierujemy ELT na Kleopatrę, aby zobaczyć czy posiada więcej księżyców i doprecyzować ich orbity, aby wykryć niewielkie zmiany” dodaje Marchis.

Uwagi
[1] Nowo obliczona gęstość to 3,4 grama na centymetr sześcienny, natomiast poprzednio sądzono, iż Kleopatra ma średnią gęstość około 4,5 grama na centymetr sześcienny.

Źródło: Europejskie Obserwatorium Południowe (European Southern Observatory)