Med hjälp av Europeiska sydobservatoriets Very Large Telescope (ESO:s VLT) har en grupp astronomer tagit de skarpaste och mest detaljerade bilderna hittills av asteroiden Kleopatra. Observationerna gjorde det möjligt att bestämma dess tredimensionella form och massa med en högre noggrannhet än tidigare. Forskningen ger nya ledtrådar till hur den hundbensformade asteroiden och dess två månar bildades.
”Kleopatra är i sanning en unik kropp i solsystemet” menar Frank Marchis. Han är astronom vid SETI-institutet i Mountain Vew, USA och Laboratoire d’Astrophysique de Marseille i Frankrike. Marchis ledde studien som publicerats i Astronomy och Astrophysics. ”Vetenskapen gör stora framsteg genom att studera underliga objekt. Jag tror att Kleopatra är ett av dessa, och att förståelsen av detta komplexa och multipla asteroidsystem kan lära oss mer om solsystemet.”
Hundbensasteroiden
Kleopatra går i omloppsbana kring solen mellan planeterna Mars och Jupiter. Astronomer har kallat den ”hundbensasteroiden” ända sedan de första radarobservationerna för 20 år sen. Då avslöjades nämligen dess två lober, sammanbundna av en tjock ”hals”. 2008 upptäckte Marchis och hans kollegor även att det kring Kleopatra kretsade två månar. De fick namnen AlexHelios och CleoSelene efter den egyptiska drottningens barn.
För att ta reda på mer om Kleopatra utnyttjade Marchis och hans forskarlag bilder av asteroiden tagna mellan 2017 och 2019 med SPHERE-instrumentet (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch) på ESO:s VLT. Medan asteroiden roterade kunde de studera den i olika vinklar och bygga upp en 3D-modell av dess form. Mer exakt än någon gång tidigare. De kunde därmed bestämma dess form och volym och fann att den ena loben är större än den andra. Dessutom att dess längd är 270 kilometer.
I en annan studie som också publicerats i Astronomy & Astrophysics och leddes av Miroslav Brož vid Karlsuniversitetet i Prag, Tjeckien, beräknades månarnas banor med hjälp av data från SPHERE. Tidigare studier hade ungefärligen uppskattat banornas egenskaper. De nya observationerna med ESO:s VLT visade dock att månarna inte befann sig där man trodde de skulle vara.
”Detta behövde vi titta närmare på” säger Brož. ”Eftersom månarnas banor var felaktigt bestämda var allt annat också fel, inklusive Kleopatras massa”. Tack vare de nya observationerna och avancerad modellering kunde forskarlaget mycket noggrant beräkna hur Kleopatras gravitationsfält påverkar banornas rörelser. De kunde genom det också bestämma AlexHelios och CleoSelenes komplexa banor. Det ledde dem till en ny bestämning av Kleopatras massa som var 35% mindre än tidigare uppskattningar.
Kleopatras struktur
Genom att kombinera de nya värdena för Kleopatras volym och massa kunde forskarna också bestämma ett nytt nytt värde på dess densitet till mindre än hälften av järn. Det var en mindre andel än man hade antagit [1]. Den låga densiteten hos Kleopatra indikerar att den har en porös struktur och att den kan vara sammansatt av många mindre fragment. Det skulle betyda att den bildades från material som splittrades vid ett enormt nedslag.
Kleopatras porösa struktur och rotation ger också en inblick i hur dess två månar kan ha bildats. Asteroiden roterar med nästan kritisk hastighet (den hastighet över viken den skulle börja slitas sönder om den var sammansatt av små fragment). Något som innebär att till och med små nedslag skulle kunna få stenar att lämna dess yta. Marchis och hans forskarlag menar att sådana små utkastade stenar skulle kunna ha bildat AlexHelios och CleaSelene. Det skulle i så fall innebära att Kleopatra har skapat sina egna månar.
De nya bilderna av Kleopatra och de insikter de ger var bara möjliga tack vare det avancerade adaptiva optiksystemet på ESO:s VLT. Med adaptiv optik kan luftoron i atmosfären, som får natthimlens stjärnor att blinka, att stabiliseras. Tack vare sådana optiska korrektioner kunde SPHERE avbilda Kleopatra trots att den ligger 200 miljoner kilometer som närmast. Dess skenbara storlek på himlen är densamma som en golfboll på 40 kilometers avstånd.
ESO:s kommande Extremely Large Telescope (ELT), med sitt avancerade adaptiva optiksystem, kommer att vara idealiskt för att avbilda asteroider som Kleopatra. ”Jag kan knappt vänta på att rikta ELT mot Kleopatra för att se om den har fler månar och lära mer av variationerna i månarnas rörelser” tillägger Marchis.
Noter
[1] Den nya beräkningen av densiteten för Kleopatra är 3,4 gram per kubikcentimeter. Det ska jämföras med det tidigare uppskattade värdet av 4,5 gram per kubikcentimeter.