Trója és a kisbolygók eredete

597

A Sloan digitális égboltfelmérés (SDSS) az elmúlt évek egyik legnagyobb szabású csillagászati vállalkozása, amelyben sok magyar kutató is részt vesz. Arizonában elhelyezett távcsövével a teljes éggömb egynegyedét figyelték meg. A felmérés képei mindent megörökítettek, ami az adott időben az égen éppen látható volt: több, mint százmillió galaxist és kvazárt, ugyanennyi csillagot, és több, mint százezer kisbolygót. A Szegedi Tudományegyetem részvételével folyik a Naprendszer keletkezésének és a kisbolygók titokzatos történetének vizsgálata.

A Jupiter trójai kisbolygói jeges és igen sötét felszínű, egy inaktív üstököshöz némiképp hasonló égitestek. Ezek az égitestek a Jupiter pályáján, két csomóban, a bolygótól 60 fokos távolságban keringenek, ahogy már a XIX. században megjósolták: a Jupiter előtt „előresietve” kering az L4 (vezető) csomó, az L5 csomó pedig követi a Jupitert. Az első trójai kisbolygókat a XX. század elején fedezték föl, mára kb. 2000 képviselőjük vált ismertté. A csillagászok ezeket a kisbolygókat az Iliászban szereplő trójai és görög hősök után nevezték el – innen származik a "trójai kisbolygók" elnevezés.

Keletkezésükre korábban három elmélet született: kialakulhattak a Naprendszerrel egy időben, amikor az egyre növekvő Jupiter stabilizálta a kis égitesteket (Peale, 1993). Egy másik elmélet alapján hosszabb időn át alakultak ki a Jupiterrel azonos pályán, vagy a Naprendszer más területeiről szóródtak ki, míg végül a Jupiter „csapdájába estek” (Jewitt, 1996). Egyedül e kisbolygók megfigyelésétől várhatjuk, hogy döntő bizonyítékot szolgáltatnak valamelyik keletkezési elmélet mellett. A korábbi megfigyelések alapján száz-százötven trójai kisbolygóról voltak részletes információink (pl. fényesség, színkép), ám főleg a 30 km-nél nagyobb égitesteket vizsgálták részletesen, és elsősorban a vezető csomó ekliptikához, a Naprendszer fősíkjához közel eső vidékét.

Az SDSS által észlelt, már ismert kisbolygók eloszlása fél nagytengely és inklináció szerint a Naprendszerben. Az egyes pontok az egyedi kisbolygókat jelentik. A színezés az optikai es közeli infravörös fotometria alapján a felszín színére utal hamisszínes ábrázolással. A trójai kisbolygók 5,2 csillagászati egység naptávolságban csoportosulnak, a szín függése az inklinációtól nyilvánvaló. Több kisbolygócsaládban jellegzetes színeket figyelhetünk meg, ami ezen családok közös eredetére utal.

Az SDSS-adatokban 1187 mérést azonosítottunk trójai kisbolygókkal. Kisebb hányaduk már ismert kisbolygót mutat, őket a pályaelemek alapján lehetett kiválasztani. A többség, 860 megfigyelés még ismeretlen, fel nem fedezett égitestet ábrázol. Itt a mozgás alapján lehetett valószínűsíteni, hogy a kisbolygó a trójai család tagja: a Naptól távol járó kisbolygók sokkal lassabban mozognak, mint a közelebbiek, ez a különbség az SDSS öt perces megfigyelése alatt is szembeötlő volt. Az 1187 mérésből álló minta végül – becslésünk szerint – az SDSS által megörökített felfedezetlen trójai kisbolygók 60%-át tartalmazza, másrészt a minta legalább 97%-a valóban trójai kisbolygó. Így sikerült közel megkétszerezni az eddigi adatok számát, ám a szükséges minőségi kritériumokat is tekintetbe véve a részletesen vizsgálható égitestek száma az eddigieknek mintegy ötszörösére nőtt. A minta a kisebb méretű égitestek esetében is bővebb: a korábbi legalább 20-30 km-es átmérő korlátjával szemben a 10 km-nél nagyobb égitesteket az SDSS-sel már mind azonosítani lehetett.

Az adatok statisztikájából kiderült, hogy a Jupiter trójai kisbolygócsaládja nagyságrendileg ugyanannyi (mintegy egymillió) 1 km-nél nagyobb kisbolygót tartalmaz, mint ahány ilyen égitest a kisbolygók főövében (harminc népes családjában és a szórt populációban összesen) van! A trójai kisbolygókra tehát nem tekinthetünk úgy, mint egy távoli, pár égitestből álló csoportra, mert ez a Naprendszer egyik legnépesebb tartománya, s csak azért látunk benne kevés tagot, mert a nagy távolság miatt nehezebb őket felfedezni. A vezető, L4 csoportban egyértelműen több, mintegy 1,6-szor annyi kisbolygót találunk, mint a követő L5 csoportban. Erre az eltérésre korábban is utaltak megfigyelések, de a szelekciós hatásoktól biztosan mentes SDSS-adatokkal most sikerült egyértelműen megerősíteni. Ez az eltérés vagy abból származik, hogy az L4 csoportba már kialakulásakor több égitest került, vagy arra kell gondolnunk, hogy a Naprendszer történetének folyamán valamely hatás, például a Szaturnusz pályájának változása az égitestek nagyobb hányadát szórta ki az L5 csoportból.

Felül: Az 1187 trójai-jelölt kisbolygó eloszlása a Jupiterrel együttmozgó koordinátarendszerben (a Jupiter az origóban van). A színek az objektumok előfordulási sűrűségét jelentik a 0 értéktől (üres kék mezők) a 3 darab/négyzetfok (vörös mezők) tartományban skálázva. A lila területekről nincs mérés.
Alul: Mindkét csomó leírható egy-egy 13×9 fokos félértékszélességű Gauss-eloszlással; a vezető csomó (jobbra) 1,6±0,1-szer több égitestet tartalmaz.

Az SDSS-adatokból kimutatható, hogy a trójai kisbolygók színe nem független a pályahajlástól: magasabb inklináción egyre vörösebb égitestek jellemzőek. Úgy tűnik, ez a jelenség közvetlenül a trójai kisbolygók kialakulásával áll kapcsolatban. A nagy pályahajlású trójai kisbolygók magas számát a 2:1 rezonancia elméletével magyarázzák (Morbidelli, 2005): amikor a Szaturnusz vándorlása során olyan pályára került, hogy egy keringése alatt a Jupiter pontosan kétszer járta körül a Napot, a két bolygó kölcsönhatása kaotikussá tette és teljesen átrendezte a kisbolygóövet. Később a rezonancia megszűnt, és lassan a ma ismert szerkezetben stabilizálódtak a kisbolygók. Az elmélet szerint a Jupiter ma megfigyelhető trójai kisbolygói külső tartományokból származnak. Ezek ekkor egy rövid időre elnyúlt, a Napot erősen megközelítő pályára álltak, majd végül a Jupiter fogságába kerültek. Ebben a folyamatban a különböző pályahajlású égitestek eltérő ideig tartózkodhattak a Naphoz közel kerülő pályán, illetve különböző mértékben közelíthették meg a Napot, ami elvezethetett a ma megfigyelhető szín-inklináció korrelációhoz. Ha ez az interpretáció helyes, úgy az egész Naprendszer történetének megértéséhez is közelebb kerülhetünk egy lépéssel.

A kutatásokat a Magyary Zoltán Felsőoktatási Közalapítvány és az OTKA T042509 pályázata támogatta.

Linkajánló

Hozzászólás

hozzászólás