Vándor kisbolygókkal népesült be a főöv

254

A Sloan Digitális Égboltfelmérés adatai alapján feltérképezték a főövi kisbolygók eloszlását a különböző jellemzők alapján. Meglepetésre azt találták, hogy összetételük szerinti elhelyezkedésükben a vártnál sokkal nagyobb mértékű keveredést mutatnak.

Ma már több mint hatszázezer regisztrált kisbolygót ismerünk – zömüket a Mars és a Jupiter között húzódó főövben – és felmerül az eredetük kérdése: hogyan kerültek a ma megfigyelhető pályákra, van-e összefüggés a kisbolygók kémiai összetétele és a pálya elhelyezkedése, átlagos naptávolsága, vagyis a napkörüli keringésük dinamikai jellemzői között. A válasz kereséséhez az ismert kisbolygók nagy száma már reményteli lehetőséget ad.

Jó harminc esztendővel ezelőtt, amikor még csak kevés kisbolygó összetételét ismerhettük, és a korai Naprendszer égi mechanikai viselkedésének modellezése is csak kezdeti stádiumban volt, más volt a helyzet. Még 1982-ben Jonathan C. Gradie (Cornell Egyetem) és  Edward F. Tedesco (LPL, Hold- és Bolygókutató Laboratórium) a színképtípusok alapján elkészítette a főövbeli kisbolygók távolság szerinti anyageloszlási térképét. Ezen  kirajzolódott, hogy a fémes és kő aszteroidák a Naphoz közelebb csoportosulnak, míg az egyszerűbb felépítésű, főleg széntartalmúak (ezek szenes kondrit meteoritekkel mutatnak rokonságot) a Naptól távolabb, a kisbolygóöv külső pereme felé helyezkednek el. Utóbbi csoportba tartozónak vélték a Jupiter pályája mentén elhelyezkedő Trójai kisbolygókat is. Harminc évvel ezelőtt még úgy tudtuk, hogy az összetételt tekintve – méretüktől függetlenül – a kisbolygók naptávolság szerint elkülönült csoportokba tartoznak, és a kialakulásuk óta eltelt hosszú idő alatt ott is maradtak, ahol kialakultak.

20140208_fo_ov_vandorlo_kisbolygokbol_1
A kisbolygók színképtípussal jellemzett összetételének naptávolság szerinti eloszlása a főövtől a Jupiter-trójai kisbolygókig, Gradie és Tedesco 1982-ben készült vizsgálata alapján. A Naphoz közelebb a nagy fémtartalmú, illetve kő aszteroidák vannak (például E, M, S típusok), a Naptól távolodva az egyszerűbb felépítésű, alacsony fényvisszaverő képességű széntartalmú kisbolygók (C, P, D) (astrobites.org, 2014. február 1.)

Francesca E. DeMeo (Harvard-Smithsonian Asztrofizikai Intézet és Massachusetts-i Technológiai Intézet), valamint Benoit Carry (Párizsi Égi Mechanikai és Efemerisz Számítási Intézet) a Sloan Digitális Égboltfelmérési program kisbolygó megfigyelési adatai felhasználásával feltérképezték a fő kisbolygóövet, illetve a Jupiter-trójai kisbolygókat összetételük szerint, és összefüggést kerestek az összetétel és a Nap körüli elhelyezkedés között. A kutatók az 5 kilométernél nagyobb átmérőjű kisbolygókat vették figyelembe vizsgálataikban. A pálya félnagytengelye jól jellemzi a vizsgált kisbolygók átlagos naptávolságát, mert a pályájuk a körtől csak kis mértékben tér el (kicsi a pálya excentricitása).

20140208_fo_ov_vandorlo_kisbolygokbol_2
A Sloan Digitális Égboltfelmérés adataiból összeállított kisbolygó eloszlás, az 1982-es Gradie és Tedesco által megszerkesztett eloszlás modern változata. A vízszintes tengelyen a kisbolygópályák félnagytengelye van Csillagászati Egységben (CsE), a függőleges tengelyen a kisbolygók tömege kilogrammban, 0,02 CsE lépésközzel felösszegzett félnagytengely intervallumokban (hisztogram). A szürke tartományok a kisbolygó-zónákban felösszegzett össztömeget érzékeltetik. A színes vonalak az egyes kisbolygó-színképtípusok szerinti összetételt jelölik. A Naphoz közelebb a fém és kő aszteroidák (pl. M, S, V), a Naptól távolabb a szenes kondritokéhoz hasonlóak, illetve a kis albedójúak (pl. C, P, D) vannak. Az arányszámok azokat a kisbolygó/Jupiter középmozgás rezonancia helyeket jelölik, amelyeken nem maradhattak stabil pályán kisbolygók. (Nature és www.npr.org/thetwo-way)

Az SDSS adatok alapján kiderült, hogy a D típusú kisbolygók vagy a bazaltos aszteroidák máshol is nagy számban fordulnak elő a főövben, mint ahogyan azt korábban gondolták, illetve a főöv külső részén gyakorinak tartott széntartalmú, egyszerűbb felépítésűek az öv belső részén is megtalálhatók. Valamilyen keveredési folyamat összekeverte a főövet, de ezt a keveredést csak a kis-közepes méretű aszteroidák mutatják, melyek száma nagyon nagy. A legnagyobb méretűekre azonban továbbra is igaz a Gradie és Tedesco által megadott eloszlás.

A keveredést jól magyarázza az Alessandro Morbidelli (Cote d’Azur Obszervatórium, Nizza mellett) és Harold F. Levison (SWRI, Colorado) és munkatársaik által 2005-ben kidolgozott Nice modell (Nizza városa nevéről van szó), melynek segítségével jól nyomon követhető a korai Naprendszer dinamikai fejlődése. A kialakulásuk után az óriásbolygók naptávolsága az időben változott, így migrációs mozgásukkal zavarták a kis égitesteket. “Összerázták” az ősi Kuiper-övet és az ősi fő kisbolygóövet is. A főövben így lehetőség volt a különböző összetételű kisbolygók helyváltoztatására, illetve a külső vagy belső Naprendszerbe is kiszóródhattak.

20140208_fo_ov_vandorlo_kisbolygokbol_3
A művész elképzelése szerint ilyen lehetett a kisbolygóöv a nagyon dinamikus korai Naprendszerben, amikor a kis égitestek vándorlása, és egymással, valamint a nagybolygókkal és holdjaikkal való ütközés igen gyakori volt. (NASA, JPL Caltech, CfA, MIT)

A kisbolygók összetétele és dinamikai tulajdonságaik összekapcsolása a régebben statikusnak gondolt korai Naprendszer képét egy bonyolult, összetett dinamikájú rendszerré változtatta. A Naprendszer fő kisbolygóövével kapcsolatos mostani új eredmények segítik annak feltérképezését, hogy ha a földi vízkészlet nagy része a kisbolygóövből származik, akkor honnan érkeztek a nagy víztartalmú aszteroidák. Nagyszámú kisbolygónak a belső Naprendszer felé történt vándorlásához a modellek szerint szükséges az óriásbolygók olyan mozgása, mint amilyen a korai Naprendszerben végbement. Vajon a Földhöz hasonló bolygók vízkészletének kialakulásához szükséges-e ilyen “aszteroidaeső”? Amennyiben igen, akkor a Földhöz hasonló bolygók sokkal ritkábbak lehetnek, mint gondoltuk, mert sok minden kedvező összjátéka kell hozzá: óriásbolygók jelenléte és megfelelő konfigurációja, migrációs mozgása, megfelelő elhelyezkedésű kisbolygóöv, nagy víztartalmú aszteroidák…

20140208_fo_ov_vandorlo_kisbolygokbol_4
A Sloan Digitális Égboltfelmérési (Sloan Digitális Sky Survey, SDSS) program 2,5 méter tükörátmérőjű, nagy látószögű teleszkópja (bal szélen) az új-mexikói Sacramento-hegységben, 2788 méteres magasságban, az Apache Point Obszervatóriumban, egy teraszon lett elhelyezve (SDSS).

Az Alfred P. Sloan Alapítvány által jelentős mértékben támogatott Sloan Digitális Égboltfelmérési program (SDSS) keretében 2000-ben kezdődtek a megfigyelések az új-mexikói Apache Point Obszervatóriumban, egy 2,5 méteres, nagy látószögű tükrös teleszkóppal. A három időszakra osztott SDSS megfigyelési program 2014-ig tart, amelynek során extragalaktikus objektumok megfigyelése az elsődleges cél, de a felvételeken lévő más égitestek, így nagyszámú kisbolygó statisztikus vizsgálatára is lehetőség nyílt. Itt említjük meg, hogy magyar kutatók is részt vettek az SDSS megfigyelési programokban, illetve az archív adatok feldolgozásában: Frei Zsolt (ELTE TTK Fizikai Intézet, Atomfizika Tanszék) az extragalaxisok vizsgálata területén, Szabó M. Gyula (ELTE TTK Gothard Asztrofizikai Obszervatórium) a kisbolygók statisztikai vizsgálatával értek el eredményeket.

Az eredményeket részletező szakcikk a Nature folyóirat 2014. január 30-i számában jelent meg.

Források:

Kapcsolódó internetes oldalak:

Hozzászólás

hozzászólás