Gyémántok az űrben, avagy hogyan szerzik különös formájukat az aszteroidák?

3492

Egyszerű fizikai modellel magyarázzák két földközeli kisbolygó különleges gyémánt (kockára hajazóan szögletes, egyesek szerint a vombatok ürülékére emlékeztető) formáját az OIST (Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University) és a Rutgers University kutatói. Számításaikkal a szemcsék (mint például homok, vagy cukor) folyásának fizikáját szimulálják, az eredmények pedig a feltételezéseiket alátámasztva remekül visszaadják a két égitest alakját.

Az aszteroidák a Nap körül keringő sziklás testek. Kutatói szemmel azért is érdekes objektumok, mert maradék anyagokból épültek fel; azaz abból az anyagból, ami a Naprendszer kialakulásakor, mintegy 4,6 milliárd évvel ezelőtt nem épült bele a nagyobb bolygókba. Éppen ezért sokat tudnak mesélni nekünk a korai Naprendszerről és a bolygókeletkezésről. A legtöbb aszteroida a Jupiter és a Mars közti régióban, a kisbolygók főövében kering. Ebben a távolságban nem egyszerű őket tanulmányozni, viszont időről időre egy-egy aszteroida elszökik, közelebb sodródik a Földhöz, így lehetővé téve, hogy szondákkal vizsgáljuk.

Éppen ez történt a Bennu és a Ryugu esetében is. Mindketten ún. törmelékkupac (rubble-pile) aszteroidák, ami annyit tesz, hogy a gravitáció által lazán összetartott, rengeteg aprócska kőzetdarabból állnak. Gyakorlatilag csak egymással kölcsönható szemcsékből állnak, mint a tengerparton a homok.

A két gyémánt alakú, földközeli kisbolygóról 2018-19-ben készített felvételeket az OSIRIS-REx (Bennu), illetve a Hayabusa-2 (Ryugu) űrszonda. A képen bal oldalon a Bennu, jobb oldalon pedig a szimuláció eredménye látható. Figyeljük meg, hogy a modellel kapott forma visszaadja az aszteroidák alakját. (Forrás: Sabuwala et. al 2021, OIST)

Tapan Sabuwala, a kutatás vezetőjének elmondása szerint a korábbi modellek a forgás következtében fellépő erőknek tulajdonították a jellegzetes gyémánt formát, ahogyan a pólusok felől az egyenlítőre vándorol az anyag. Viszont az ilyen számításokkal megalkotott aszteroidák lapítottak vagy aszimmetrikusak voltak, kevésbé hasonlítottak a megfigyelt gyémánt alakra. Az új kutatásban rájöttek, hogy hiányzik egy fontos összetevő a folyamatból, az anyag ülepedése. Ezt egy egyszerű fizikai modellel leírva, amivel általában a homok vagy cukor szemcséinek lerakódását szimulálják, visszakapták a keresett gyémánt alakot.

Képzeljük el, hogy homokot vagy cukrot öntünk egy tölcséren keresztül. Egy sor különböző fizikai erőhatásnak köszönhetően az eredményünk egy kúp alakú kupac lesz (mint egy szülinapi sapka). A szemcsékre ható különböző erők ismeretében meg lehet jósolni a keletkező kupac formáját. Dr. Sabuwala ezt a megközelítést alkalmazta az aszteroidáknál is.

A kisbolygók esetében azonban a gravitáció másfelé hat, mint például a tengerparti homok esetében. Ezt, illetve az aszteroidák forgását is figyelembe kellett venni. Mindezek következtében a kialakuló forma nem egy kúp lesz, hanem az égitestre ható erők összességében gyémánt formát alakítanak ki. A forgás miatt fellépő centrifugális erő a pólusok közelében lecsökken, emiatt ott összegyűlik az anyag, a megfigyelt csúcsosodó formát hozva létre.

A modell egy másik fontos különbsége az eddigiekhez képest, hogy nem teszi fel, hogy a törmelékkupac aszteroidák kezdetben gömb alakúak lettek volna, és a forgás miatt deformálódtak gyémánt alakúvá. Ehelyett a gyémánt alak már nagyon korán kialakul a törmelék lerakódásának következtében, a kisbolygó későbbi formálódása pedig már minimális. Továbbá a feltételezés, hogy a gyémánt alak korán kialakul, a megfigyelésekkel is egyezik (míg ez probléma volt a korábbi modellek esetében). Az aszteroidák különös formájának komplex problémáját így egy egyszerű megközelítéssel sikerült megmagyarázni.

Forrás: OIST

Hozzászólás

hozzászólás