Novi pogled na arhivske podatke Webb teleskopa otkriva da su mali asteroidi u glavnom asteroidnom pojasu brojniji nego što smo mislili.
Artist´s impression of an asteroid belt.

Astronomi su otkrili neočekivano veliku populaciju malih asteroida glavnog pojasa zahvaljujući novoj analizi slika sa svemirskog teleskopa James Webb. Ovo otkriće moglo bi promijeniti izračune stope udara takvih tijela na Zemlju, koja varira od veličine kuće do veličine stadiona.

Ovo su daleko najmanji objekti ikada snimljeni tako daleko. Artem Burdanov (MIT) i kolege primijenili su računski intenzivnu metodu pomicanja i slaganja na Webbove arhivske slike. Pomoću osjetljivih infracrvenih detektora teleskopa tim je uspio točno odrediti veličine malih objekata, u rasponu od oko 10 do 500 metara u promjeru. Rano izdanje njihovih rezultata pojavljuje se u Nature.

Veći asteroidi glavnog pojasa, čije su orbite između Marsa i Jupitera, nastoje ostati u relativno stabilnim orbitama. Međutim, gravitacijske interakcije češće uznemiravaju one manje, koje mogu ući u unutarnji Sunčev sustav i postati potencijalni udarci. Velik broj malih objekata koji se sada nalaze u glavnom pojasu - više nego deset puta veći od očekivanog - mogao bi utjecati na izračune učestalosti takvih udara.

Asteroid Belt
© skyandtelescope.orgAsteroidi se primarno nalaze s orbitama između Marsa i Jupitera. (Ovaj dijagram također prikazuje asteroide sa stabilnim putanjama unutar Jupiterove orbite, poznate kao Trojanci.)
Pristup obrade pomaka i skupa koriste i profesionalni i amaterski astronomi za dobivanje slika slabih objekata koji se brzo kreću kao što su asteroidi i kometi. U ovom slučaju, astronomi su koristili tu metodu na steroidima.

Obično je ideja pomicati teleskop točno u smjeru i brzinom gibanja objekta s poznatom orbitom. Svaki kadar drži metu u središtu, dok pozadinske zvijezde lebde od kadra do kadra. Stoga, čak i ako pojedinačna slika ne uhvati objekt, deseci ili čak stotine okvira mogu se dodati zajedno, omogućujući objektu da izađe iz nasumične pozadinske buke koja se mijenja od kadra do kadra.

Ali proces obično ovisi o poznavanju orbite. Što ako ne učinite? Tu dolazi do iskorištavanja velike računalne snage. Tim je iskopao arhivu slika s JWST-a koje su prikupljene za drugu svrhu: proučavanje planeta oko obližnje zvijezde TRAPPIST-1. Budući da su ove slike uključivale gledanje u isti mali komadić neba tijekom duljih razdoblja od čak 8 sati, pokazalo se da su korisne i za pronalaženje pokretnih objekata poput asteroida.

Kako bi otkrio asteroide u nepoznatim orbitama, Burdanov je u biti koristio metodu brutalne sile, pomicanjem u svim mogućim smjerovima i razumnim rasponom brzine za potencijalne pokretne mete, a zatim slaganjem tih slika.

"Budući da imamo prilično moćne računalne alate — grafičke procesorske jedinice — možemo izvršiti ovu pretragu naslijepo", kaže Burdanov za Sky & Telescope. "Odlučili smo pomaknuti granice kako bismo vidjeli koliko blijede objekte možemo pronaći ovim teleskopom", kaže on.
Jupiter Moon
© Edward Ashton (University of British Columbia)Ova slika prikazuje kandidata za Jupiterov mjesec, otkriven popularnom metodom pomicanja i slaganja. Mjesec se pojavljuje kao svjetlosna točka u središtu slike, dok se pozadinske zvijezde pojavljuju kao pruge.
Burdanov nije počeo raditi na asteroidima. Već je radio s podacima za proučavanje egzoplaneta TRAPPIST-1, bilo je prirodno pokušati potražiti druge stvari unutar tih podataka. Ovaj projekt započeo je 2020. godine, dok je još bio student, a kako je počela pandemija COVID-19, imao je vremena za eksperimentiranje. "Neki su ljudi počeli raditi kiselo tijesto i mislim da je rad s asteroidima bila verzija rada s kiselim tijestom za egzoplanetnu osobu", kaže on.

Početna slijepa pretraga proizvela je više od 1.000 kandidata. Burdanov i su-istraživači zatim su suzili i potvrdili jasne dokaze za 138 prethodno nepoznatih asteroida, kao i osam poznatih.

JWST je posebno dobar u pronalaženju asteroida jer su puno svjetliji na infracrvenim valnim duljinama. Astronomi su ograničili njihove promjere na 10 do 20%, dok procjene veličine temeljene na promatranjima u vidljivom svjetlu mogu varirati za više od deset puta. To je zato što vidljiva svjetlost dolazi od asteroidne refleksije sunčeve svjetlosti, a time i od toga koliko je tamna njegova površina, što je kvaliteta koja može dosta varirati od objekta do objekta. Infracrveno svjetlo, s druge strane, proizlazi uglavnom iz toplinske emisije, koja se neće mnogo promijeniti za određeni objekt.

Infracrvena mjerenja također daju točna mjerenja oblika objekata, budući da bi sve varijacije u svjetlini bile uzrokovane oblikom, a ne varijacijama površinske refleksije.

Slučajnim pronalaskom tolikog broja malih asteroida, iz jednog niza promatranja jedne zvijezde u drugu svrhu, otvara se mogućnost da se mnogo više iskopa iz drugih, sličnih JWST skupova podataka. Tim procjenjuje da bi lako moglo postojati tisuće takvih malih asteroida koji bi se mogli otkriti u postojećim podacima, što bi onda omogućilo detaljno mapiranje tih populacija.

Član tima Richard Binzel (MIT) kaže: "Ovi nalazi asteroida ispunjavaju važnu prazninu u znanju za praćenje izvora meteorita i većih potencijalno opasnih asteroida u blizini Zemlje."