Nature: Астрономы MIT нашли самые маленькие астероиды

Астероид, уничтоживший динозавров, был, по некоторым оценкам, около 10 километров в поперечнике. Это примерно столько же, сколько Бруклин. По прогнозам, такой массивный импактор будет падать на Землю редко, раз в 100-500 миллионов лет. 

Напротив, гораздо меньшие астероиды, размером с автобус, могут падать на Землю чаще, раз в несколько лет. Эти «декаметровые» астероиды, размером в десятки метров в поперечнике, скорее всего, покинут главный пояс астероидов и переместятся в околоземные объекты. При столкновении эти маленькие, но могущественные космические камни могут вызвать ударную волну в целых регионах, как это произошло в 1908 году в Тунгуске (Сибирь) и в 2013 году, когда метеорит разорвался в небе над Челябинском (Урал). Возможность наблюдать за декаметровыми астероидами главного пояса позволила бы понять происхождение метеоритов.

Теперь астрономы Массачусетского технологического института нашли способ обнаружить самые маленькие астероиды декаметрового размера в главном поясе астероидов — мусорном поле между Марсом и Юпитером, где вращаются миллионы астероидов. До сих пор самые маленькие астероиды, которые ученым удавалось обнаружить там, были около километра в диаметре. Теперь, благодаря новому подходу команды, ученые могут обнаружить в главном поясе астероиды размером до 10 метров в поперечнике.

В статье, опубликованной в журнале Nature,-де Вит и его коллеги сообщают, что с помощью своего подхода они обнаружили более 100 новых астероидов диаметром в 10 метров в главном поясе астероидов. Эти космические камни размером от автобуса до нескольких стадионов в ширину являются самыми маленькими астероидами в главном поясе, которые были обнаружены на сегодняшний день.

Исследователи предполагают, что этот подход может быть использован для определения и отслеживания астероидов, которые могут приблизиться к Земле.

«Мы смогли обнаружить околоземные объекты размером до 10 метров, когда они находятся очень близко к Земле», — говорит ведущий автор исследования Артем Бурданов, научный сотрудник отделения наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института. „Теперь у нас есть возможность обнаружить эти небольшие астероиды, когда они находятся гораздо дальше, и мы сможем более точно отслеживать их орбиту, что имеет ключевое значение для планетарной обороны“.

Среди соавторов исследования — профессора планетарных наук Массачусетского технологического института Жюльен-де Вит и Ричард Бинзел, а также сотрудники других институтов.

Смещение изображения

Де Вит и его команда в основном занимаются поиском и изучением экзопланет — миров за пределами Солнечной системы, которые могут быть пригодны для жизни. Исследователи входят в группу, которая в 2016 году обнаружила планетарную систему вокруг TRAPPIST-1, звезды, находящейся на расстоянии около 40 световых лет от Земли. Используя Малый телескоп транзитных планет и планетарных объектов (TRAPPIST) в Чили, команда подтвердила, что у звезды есть каменистые планеты размером с Землю, несколько из которых находятся в обитаемой зоне.

С тех пор ученые направили множество телескопов с различными длинами волн на систему TRAPPIST-1 для дальнейшего изучения планет и поиска признаков жизни. В ходе этих поисков астрономам приходится отбирать «шум» на изображениях телескопов, такой как газ, пыль и планетарные объекты между Землей и звездой, чтобы более четко расшифровать планеты TRAPPIST-1. Часто в число отбрасываемых шумов входят пролетающие мимо астероиды.

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

Де Вит и Бурданов задались вопросом, можно ли переработать те же данные, которые используются для поиска экзопланет, и найти астероиды в нашей Солнечной системе. Для этого они обратились к «сдвигу и суммированию» — технике обработки изображений, которая впервые была разработана в 1990-х годах. Этот метод предполагает смещение нескольких изображений с одинаковым полем зрения и объединение их в стопку, чтобы увидеть, сможет ли слабый объект затмить шум.

Применение этого метода для поиска неизвестных астероидов на изображениях, изначально сфокусированных на далеких звездах, потребует значительных вычислительных ресурсов, поскольку в этом случае придется проверить огромное количество сценариев, где может находиться астероид. Затем исследователям придется просмотреть тысячи изображений по каждому сценарию, чтобы убедиться, действительно ли астероид находится там, где его предсказывали.

Несколько лет назад Бурданов,-де Вит и аспирантка Массачусетского технологического института Саманта Хасслер обнаружили, что это можно сделать с помощью современных GPU — графических процессоров, способных обрабатывать огромное количество изображений на высоких скоростях.

Сначала они опробовали свой подход на данных исследования SPECULOOS (Search for habitable Planets EClipsing ULtra-cOOl Stars) — системы наземных телескопов, которые делают множество снимков звезды в течение определенного времени. Эта работа, а также второе приложение, использующее данные телескопа в Антарктиде, показали, что исследователи действительно могут обнаружить огромное количество новых астероидов в главном поясе.

«Неисследованный космос»

Для нового исследования ученые искали больше астероидов, вплоть до меньших размеров, используя данные самой мощной в мире обсерватории — космического телескопа НАСА имени Джеймса Уэбба (JWST), который особенно чувствителен к инфракрасному, а не видимому свету. Так уж сложилось, что астероиды, вращающиеся в главном поясе астероидов, гораздо 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. Эти данные включают в себя более 10 000 изображений звезды, которые изначально были получены для поиска признаков наличия атмосфер у внутренних планет системы. После обработки изображений исследователи смогли обнаружить восемь известных астероидов в главном поясе. Затем они отправились дальше и обнаружили 138 новых астероидов в главном поясе, диаметр которых не превышает десятков метров — это самые маленькие астероиды главного пояса, обнаруженные на сегодняшний день. Они подозревают, что несколько астероидов находятся на пути к тому, чтобы стать околоземными объектами, а один, скорее всего, является троянцем — астероидом, который движется за Юпитером.

«Мы думали, что обнаружим всего несколько новых объектов, но обнаружили гораздо больше, чем ожидали, особенно маленьких», — говорит-де Вит. „Это признак того, что мы исследуем новый популяционный режим, в котором гораздо больше мелких объектов образуется в результате каскадов столкновений, которые очень эффективно разрушают астероиды размером менее 100 метров“.

«Это совершенно новое, неизведанное пространство, в которое мы попадаем благодаря современным технологиям», — говорит Бурданов. „Это хороший пример того, что мы можем сделать, когда по-другому смотрим на данные. Иногда это приносит большие плоды, и это один из таких примеров“.

Ранее ученые выяснили, откуда у астероидов хвосты.

09.12.2024