Výzkumy v ASU AV ČR (208): Jsou páry meteorů reálný jev?

Vizuální pozorovatelé v minulosti opakovaně hlásili, že některé rojové meteory se objevují v párech nebo dokonce ve skupinách. Na obloze v tomto případě spatřili dva meteory s velmi podobnými drahami krátce po sobě. Nabízí se myšlenka, zda by nemohlo jít o pozůstatky původně jednoho tělíska, které se v kosmickém prostoru rozpadlo krátce před vstupem do atmosféry. Vizuální pozorování jsou značně subjektivní. Výsledky studií přístrojových záznamů neskončily jednoznačným výsledkem. Některé studie ukázaly, že párů může být skutečně statisticky více, než by odpovídalo náhodnému rozdělení, jiné studie tuto možnost vyloučily. Z některých studií se zdálo, že větší zastoupení párů je spíše mezi mladými roji, zatímco u rojů starých jde spíše o dílo náhody. Zajímavým případem byl např. bolid z roje zářijových ε Perseid v roce 2016 studovaný pracovníky ASU, který byl následován za méně než 1,5 sekundy dalšími osmi slabšími meteory na paralelních drahách. Z analýzy vyplývalo, že k rozpadu původního tělesa muselo dojít dva až tři dny před vstupem do atmosféry. 

Autorský tým složený převážně z pracovníků Oddělení meziplanetární hmoty ASU v čele s Pavlem Kotenem studoval záznamy meteorického roje Geminid z roku 2006. Na otázku, proč se zabývat patnáct let starým materiálem, je jednoduchá odpověď – v rámci postupné digitalizace původního materiálu nahraného na S-VHS kazetě se ukázalo, že záznamy z roku 2006 jeví dojem hned několika párových meteorů. Podrobný průzkum tohoto materiálu se tedy přímo nabízel. 

Jen připomeňme, že Geminidy jsou meteorickým rojem aktivním převážně v prosinci s maximem kolem 14. dne tohoto měsíce. Patří mezi nejaktivnější roje vůbec s hodinovými frekvencemi běžně překračujícími hodnotu sta meteorů za hodinu. Mateřským tělesem je planetka (3200) Phaeton, která je nejspíše vyhaslou kometou. U tohoto tělesa byly sice v minulých návratech pozorovány jakési náznaky kometární aktivity, ale ta byla tak slabá, že nemohla nijak významně přispět ke Geminidám. Z tohoto pohledu jsou tedy Geminidy starším a zřejmě vymírajícím rojem. V roce 2006 byl tento roj sledován po dvě noci kolem maxima videokamerami na dvou stanicích, v Ondřejově a Kunžaku. Záznamy byly vyhodnoceny automaticky s pomocí detekčního programu. Pokud se vyskytly dva meteory za sebou, které dělilo méně než 2 sekundy, byly tyto dva meteory označeny za kandidáty na pár a jejich stopy pak byly měřeny přesněji tak, aby z nich bylo možné vypočítat atmosférickou i heliocentrickou dráhu. Mírně odlišná metoda byla použita pro páry pozorované jen na jedné ze stanic. 

Za dvě pozorovací noci, v nichž nebyly úplně ideální meteorologické podmínky, se podařilo zaznamenat několik stovek rojových meteorů a samozřejmě též velké množství meteorů sporadických. Během osmi pozorovacích hodin v noci maxima bylo z této množiny označeno 18 podezřelých párů, a dokonce jedna trojice. Pro každý z párů bylo určeno časové zpoždění jejich výskytu a vypočtena odpovídající vzdálenost těles v prostoru. Tato vzdálenost typicky činila několik desítek kilometrů, zatímco časové rozestupy byly nejčastěji několik desetin sekundy. 

Autoři statisticky vyhodnocovali, zda počet podezřelých dvojic odpovídá náhodnému rozdělení. Rozdělení časových odstupů mezi jednotlivými meteory lze modelovat jako náhodný proces a z celkového počtu pak lze odvodit, kolik zdánlivých párů by mělo být pozorováno, i když spolu tyto meteory nemají vůbec nic společného. Z rigorózního odhadu vyplývá, že v případě zcela náhodného rozdělení by mělo být během osmihodinového intervalu noci maxima pozorováno 14,8±0,2 dvojic, které dělí méně než dvě sekundy. To je sice číslo porovnatelné s pozorovaným počtem podezřelých dvojic, ale v rámci intervalu nejistoty je pozorovaných dvojic významně více –  osmnáct. Z toho by se zdálo, že přinejmenším některé podezřelé dvojice jsou skutečným párem vzniklým rozpadem jednoho tělesa. Pokud autoři vzali v úvahu jen jednosekundový interval, rozdíl se ještě zvětšil a v tomto případě by prakticky polovina zaznamenaných párů měla mít společný původ. 

Autoři si ale uvědomili, že některé předchozí práce poukazovaly na to, že statistické odhady mají tendenci počty náhodných párů podceňovat. Proto problém vyšetřili ještě z hlediska numerické tzv. Monte Carlo simulace. Tato simulace slouží k vytvoření syntetických záznamů meteorického roje, jehož hodinové frekvence odpovídají pozorovaným. Pavel Koten a kolegové takových umělých meteorů vytvořili hned sto tisíc. Tyto umělé meteory byly zpracovány podobně jako meteory skutečné. 

Výsledky ukazují, že pokud jsou zaznamenány meteory s odstupem menším než 0,14 sekundy, je 82% šance, že je tento zdánlivý pár dílem náhody. Pro odstup menší než 0,2 sekundy tato šance vzrůstá na 91 % a s nárůstem uvažovaného časového odstupu dále roste. Ze simulace tedy vyplývá, že v případě pozorovaných Geminid nelze těmito metodami odlišit, zda se jedná o skutečný pár nebo o pouhou koincidenci. Měly by se ale projevit i jiné efekty. Například, pokud by šlo o fyzický pár, který prošel rozpadem ve vesmíru, méně hmotný fragment by měl být negravitačními silami tlačen více ve směru proti Slunci než fragment hmotnější. Monte Carlo simulace ale ukazuje, že pozorování jsou plně v souladu s náhodně generovanou populací meteoroidů.

Práce tedy dospěla k závěru, že i když je v Geminidách podezřele mnoho dvojic, nelze vyloučit, že je vše dílem náhody. Autoři poznamenávají, že vzhledem ke svému stáří nejsou možná Geminidy dobrý cílovým rojem pro hledání skutečných fyzických párů. Perseidy, Tauridy nebo Leonidy by mohly být cíli lepšími. Prověření této možnosti by nemělo být náročné, metodika již byla vyvinuta. 

REFERENCE

P. Koten a kol., Search for pairs and groups in the 2006 Geminid meteor shower, Astronomy&Astrophysics 656 (2021) A98, preprint  arXiv:2110.01324

KONTAKT

RNDr. Pavel Koten, Ph.D.
koten@asu.cas.cz
Oddělení meziplanetární hmoty Astronomického ústavu AV ČR

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Oddělení meziplanetární hmoty ASU

Převzato: Astronomický ústav AV ČR, v. v. i.