Kisbolygóvadászat a Hubble-űrtávcső felvételein

3377

A Hubble-űrtávcső (HST) archivált felvételein egy külhoni magyar vezette nemzetközi kutatócsoport gépi tanulási módszerrel új kisbolygók sokaságát találta.

A kisbolygók leltárának egyre teljesebbé tétele és fizikai tulajdonságaik, kémiai, ásványi összetételük megismerése alapvetően fontos a Naprendszer kialakulási és időbeli fejlődési folyamatainak feltárásához. Továbbá a Föld közelébe kerülő és bolygónkra potenciális ütközési veszélyt jelentő aszteroidák megismerése szó szerint életbevágóan fontos, hogy egy esetleges jövőben azonosítható ilyen kis égitest Földdel való ütközését megfelelő módszerek alkalmazásával elkerülhessük.

Az új eredmények ismertetése előtt érdemes felidézni a HST-vel folytatott első kisbolygókeresési program eredményeit az 1990-es évekből. Földfelszíni teleszkópokkal folytatott kisbolygókereső programok (survey programok, égboltfelmérések) korlátja a földi légkör zavaró hatásai és a borult idő. A világűrben Föld körüli pályán keringő űrtávcsövek számára nem jelent akadályt a földi légkör és időjárás, legfeljebb az, hogy a Nap iránya közelébe nem szabad irányítani a távcsövet. A Föld körüli keringés során gyorsan kell változtatni a távcső helyzetét, hogy az éppen megfigyelt objektum a látómező közepén maradjon. Ez utóbbi azonban előny is lehet, mert az égterület többször is letapogatható: másfél-két óra elteltével visszatérhet a terület a távcső látómezejébe.

A Hubble-űrtávcső kulcsprojektjei, alapfeladatai a Világegyetem szerkezetének feltárása, a galaxisok, fekete lyukak, kvazárok, gravitációs lencsék, kialakulóban levő csillagok, bolygórendszerek, exobolygók, megismerése, a Naprendszer ismert égitestjeinek (a Nap kivételével) megfigyelése. A különféle kutatási témákban és megfigyelési projektek során készített felvételek későbbi átvizsgálása sok új égi objektum, például kisbolygók felfedezését eredményezheti. Ilyen volt 1994–1996 között a Robin W. Evans, a NASA JPL (Jet Propulsion Laboratory Laboratórium) kutatója által vezetett és több amerikai obszervatórium kutatóját magában foglaló program a korábbi HST-felvételeken kisbolygók keresésére. Akkor a kutatók 28460 HST felvételt vizsgáltak át, és 230 felvételen volt legalább egy kisbolygónyom. Összesen 96 új aszteroidát találtak 23 magnitúdóig. Az alábbi felvétel a HST első kisbolygókereső projektéből jól illusztrálja, milyen nyomokat hagynak az aszteroidák hosszú expozíciójú HST-felvételeken.

A Hubble-űrtávcsővel 1996-ig felfedezett kisbolygók közül néhánynak a nyoma a WFPC2 (széles látómezejű bolygókamera) műszerével különböző égterületekről készült felvételeken. A közel egyenes vagy ívben görbült aszteroidanyomok a távcső és az aszteroida egymáshoz viszonyított mozgását tükrözik. A bal felső képen egy 18,7 magnitúdójú, mintegy 2 km-es aszteroida nyoma van a Centaur csillagkép területén. A jobb felső képen egy 21,8 magnitúdójú, 0,8 km-es aszteroida “érinti” egy halvány galaxis peremét a Leo csillagképben két expozíció alatt. A jobb alsó képen egy 23 magnitúdójú, 0,8 km-es aszteroida nyoma látszik a Taurus csillagképben – ez volt 1998-ig a leghalványabb kisbolygó a HST addigi felvételein. A jobb alsó képen egy 20,8 magnitúdójú, 1,6 km-es aszteroida öt szakaszból álló nyoma van az NGC 4548 galaxis pereménél a Coma Berenices csillagképben. (STScI-1998-10, Robin Evans, Karl Stapelfeldt).

Az 1990-es években a HST-felvételeken a kisbolygónyomok keresése két vagy több, időben egymás után készült felvétel összehasonlításával történt, félautomatikusan a felvételen a csillagokat egymással fedésbe hozva a kisbolygó elmozdulását, illetve hosszabb-rövidebb csíkká húzódott nyomát lehetett felfedezni vizuálisan átvizsgálva és/vagy egy számítógépi program által jelzett helyüket megkeresve.

Most február első napjaiban egy korszerű, nagyon hatékony módszerrel a HST az eddig hozzáférhető felvételeinek átvizsgálásával keresett aszteroidákat Kruk Sándor (ESA/ESTEC, Noordwijk, Hollandia és a München melletti Garchingban levő Max Planck Űrfizikai Intézet) erdélyi magyar (román–magyar kettős állampolgárságú) kutatója által vezetett nagy nemzetközi kutatócsoport. Egyébként Kruk Sándor kutatási területe a galaxisok kialakulása és fejlődése, galaxisok szerkezete, több hullámhosszon végzett csillagászati égboltfelmérések, gépi tanulás (mesterséges intelligencia), adatbányászat, kapcsolódó oktatási és ismeretterjesztő tevékenység.

Kruk Sándor a mesterséges intelligencia (AI, artificial intelligence) a gépi tanulás (machine learning), mély tanulás (deep learning) fokozatát, módszerét alkalmazó webes felületet hozott létre a HST felvételein kisbolygók keresésére. A Hubble Asteroid Hunter nevű (www.zooniverse.org) webes platformot a 2019. június 21-i nemzetközi kisbolygónapon indították el, mint a “Citizen Science” (“a tudományos kutatás nem hivatásos tudománykedvelők által történő segítése”) “Zoouniverse” platform részét.

A kutatásban érdeklődő közönség is részt vett, először megismerkedve a HST-felvételeken az ismert és lehetséges aszteroidanyomokkal, majd egy második lépésben ismert kisbolygókat megkeresve begyakorolták a mély tanuláson alapuló szoftver alkalmazását. A harmadik lépésben már önállóan kerestek kisbolygókat addig még át nem vizsgált felvételeken.

A mostani kisbolygókeresési programban a HST új, nagy érzékenységű és nagy látómezejű kameráinak felvételeit használták a kisbolygók keresésére. A HST ACS/WFC (Advanced Camera for Surveys széles látómezejű kamerája) 2002–2021 között készült 24731 kiválasztott felvételét és ezekből összesen 98924 képkivágást, valamint a WFC3/UVIS (széles látómezejű kamera 3 ultraibolya-vizuális tartományban működő csatornája) 2009–2021 között készült 12592 kiválasztott felvételét és ezekből 50368 képkivágást használták (a színképi felvételeket természetesen nem használták).

Az (190838) 2001 SE101 kisbolygó nyoma (középen átlósan jobbra fentről balra lefelé) a Rák-köd (Messier 1, M1) előtt a HST ACS/WFC kamerájával 2005. december 5-én F550M, F606W szűrőkkel készült felvételekből Melina Thévenot polgári önkéntes csillagász által összeállított kompozitképen (Kruk Sándor és munkatársai, 2022).

A kisbolygókat 24,5 magnitúdóig azonosították. A talált kisbolygók főleg az ekliptika mentén koncentrálódnak – ahogyan az várható volt. Egy négyzetfokos égterületen átlagosan 80 kisbolygó volt. Összesen 1701 új kisbolygónyomot azonosítottak (egy objektumhoz több nyom is tartozik). A kutatók 670 nyomot (39%) 454 ismert naprendszerbeli égitest nyomával azonosítottak (kisbolygók, távoli törpebolygók, esetleg halvány hosszú periódusú üstökösök). Nem volt ismert megfelelője 1031 (61%) nyomnak a felvételeken. Ezek mindegyike legalább 1,6 magnitúdóval halványabb volt, mint a beazonosított ismert objektum. Ebből arra a következtetésre jutottak, hogy ezek nagyon halványak és eddig ismeretlen objektumok.

A HST-vel 2002–2021 között talált kisbolygók helyzete az égen. Az égi egyenlítő rektaszcenzió (RA) fokbeosztással a térképen a vízszintes vonal, a deklináció a vetületi gömb peremén fokbeosztással. Az ekliptikát piros vonal jelzi. Az ismeretlen (unidentified), feltehetően új objektumokat piros korongok, az ismert, azonosított (identified) objektumokat kék csillagok jelölik (Kruk Sándor és munkatársai, 2022).

Az alábbi ábra a már ismert és a felvételeken beazonosítható kisbolygók
pályatípus szerinti eloszlását mutatja a földközeli aszteroidáktól (NEA) a főöv legkülső csoportjáig, a Hilda-zónáig.

A HST-felvételeken azonosított 454 kisbolygó pályatípus szerinti eloszlása a földközeli aszteroidáktól (NEA) a főövi Hilda-zónáig. A legtöbb azonosított kisbolygó a főövben kering a Nap körül (Kruk Sándor és munkatársai, 2022)

Az olyan kisbolygók esetében, amelyeknél az összes expozíciós idő a felvételeken elegendően hosszú, például 2 óra vagy annál hosszabb, azoknál a nyomok szakaszaiból a fényességük meghatározható, és a fényváltozásuk, a fénygörbéjük megszerkeszthető. A kisbolygók fényváltozása a szabálytalan, elnyújtott alakú test forgása miatt előálló, a Nap által megvilágított felületének a megfigyelő (HST) felé eső látható felületének időbeli változása. A fénygörbe idősorelemzéséből a kisbolygó tengely körüli forgási ideje, több, más rálátási geometriánál történt megfigyeléseiből pedig a forgástengelyének térbeli iránya, valamint a közelítő alakja, elnyúltságának mértéke is meghatározható.

A (114755) 2003 HP44 kisbolygó fénygörbéje (fent), amely a HST-felvételeken
megfigyelhető, a test tengely körüli forgásából adódó szakaszok (lent) fényességének meghatározásából állítható elő. A fénygörbét a HST 135 percen keresztül készített felvételeiből sikerült meghatározni (Kruk és mások, 2022).

Kruk Sándor által kifejlesztett és munkatársai által a HST-felvételekre alkalmazott mély tanulási algoritmus és program hatékonynak bizonyult a felvételeken levő kisbolygók keresésére és a korábbi, 1994–1996 közötti hasonló kereséshez képest jóval több kisbolygót sikerült most azonosítani. Ne felejtsük el azonban, hogy a HST új kameráinak (ACS, WFC3) érzékenysége és látómezeje is nagyobb az előzőeknél, ami fontos feltétele a halvány, mozgó objektumok rögzítésének a felvételeken.

A HST ACS és WFC3 kamerái által készített felvételeken mély gépi tanulási
algoritmussal történt kisbolygókeresési program eredményeinek első részét
az Astronomy and Astrophysics folyóiratban megjelenő publikáció ismerteti, amelynek első szerzője Kruk Sándor. A cikknek még 13 társszerzője van európai kutatóhelyekről.

A hír a GINOP-2.3.2-15-2016-00003 “Kozmikus hatások és kockázatok” projekt témaköréhez kapcsolódik.

Forrás: Kruk Sándor és munkatársai: Hubble Asteroid Hunter – I. (arXiv:2202.00246, 2022.02.01.)

Kapcsolódó internetes oldalak:

Hozzászólás

hozzászólás