Výzkumy v ASU AV ČR (212): Nejmladší známý pár asteroidů byl zřejmě chvíli kometou

V meziplanetárním prostoru nalezneme celou řadu těles menších než planety. Jejich rozměry jsou obvykle malé na to, aby u nich mohlo dojít ke gravitačnímu rozvrstvení, takže jejich vnitřní struktura spíše připomíná množství úlomků držených pohromadě gravitací a dalšími silami. Astronomové této struktuře říkají „hromada suti“, v angličtině rubble-pile. V případě hromad suti tak může stačit málo, aby působením jiných sil začalo těleso ztrácet hmotu. Touto destruktivní silou může být například síla odstředivá vyvolaná rotací tělesa. Jestliže se takto nesourodá planetka roztočí nad tzv. kritickou mez, dojde k jejímu rozpadu. Zvýšení rotační rychlosti je možné například působením tzv. efektu YORP. Na planetku přichází sluneční záření, které je částečně rozptýleno do různých směrů a částečně pohlceno, což vede k ohřevu povrchových vrstev. Ohřátá oblast je sama zdrojem tepelného záření, které je v důsledku konečné tepelné vodivosti materiálů  typicky vyzářeno do jiného směru než ke Slunci. Vzniká tak nicotná síla ovlivňující rotační stav planetky. Z okamžitého hlediska je příspěvek YORP efektu zcela zanedbatelný, ovšem tento jev působí po dlouhou dobu, a tak na škálách mnoha milionů let již může být značný a skutečně významně ovlivnit např. rotační rychlost planetky. YORP byl již u několika planetek skutečně změřen, takže nejde o žádnou divokou hypotézu. 

Nepříliš soudržné těleso se tak může rozštěpit na více částí, které pak samostatně putují Sluneční soustavou. Jejich oběžné dráhy jsou zpočátku velmi podobné, postupně se od sebe tělesa ale odchylují a po určité době již může být obtížné na první pohled uvažovat o jejich genetické souvislosti. Pokud jsou přeci jen takové dvojice odhaleny, mluví se o tzv. asteroidálních párech. Známy jsou i případy více než dvou planetek patřících k sobě, pak mluvíme o klastrech astaroidů nebo o jejich minirodinách. 

Dvojice planetek 2019 PR2 a 2019 QR6 tvoří přesně takový pár. Planetky byly objeveny v srpnu roku 2019 dvěma různými přehlídkovými projekty a jejich zdánlivá příbuznost byla patrná na první pohled. Tato dvě tělesa patřící mezi blízkozemní objekty totiž na obloze letěla zdánlivě ve formaci pouhý jeden stupeň od sebe. Jejich odhadnuté rozměry nepřesahují 1 km pro větší PR2 a přibližně polovinu pro menší QR6. Jejich heliocentrické oběžné dráhy byly skutečně velmi podobné, v září 2019 od sebe tělesa dělil jen asi 1 milion kilometrů, a navíc jejich spektra poukazovala, že planetky jsou stejného typu. 

Tým odborníků s velmi silným příspěvkem od pracovníků Oddělení meziplanetární hmoty ASU se této zvláštní dvojici věnoval blíže. Pro zpřesnění trajektorií obou těles si nejprve zajistili dodatečná pozorování v říjnu roku 2019 různými dalekohledy ve světě. To umožnilo odvodit dostatečně přesnou heliocentrickou dráhu obou těles, aby bylo možné pokusit se tělesa vyhledat v archivních pozorováních při jejich předchozím přiblížení. To se skutečně povedlo, a tak pozice obou těles byly odhaleny na snímcích pořízených v říjnu 2005 v rámci celooblohové přehlídky Catalina Sky Survey. Odměření několika málo skutečných pozic obou těles s velkým časovým odstupem vedlo k tisícinásobnému zpřesnění obou drah. 

Autoři se však zajímali především o minulost tohoto zjevného páru. Využili tak robustní znalosti oběžných drah a provedli jejich zpětnou numerickou integraci v čase. Postupovali metodou tzv. klonů. Náhodně vygenerovali pro každé těleso deset tisíc jeho realizací, oběžné dráhy jednotlivých klonů měly parametry v rámci změřených nejistot skutečných těles. Pohyb každého z klonů byl pak studován v čase a autoři hledali, zda se někdy v minulosti nepotkají některé z dvojic klonů ve stejném místě Sluneční soustavy, a ještě navíc s malými vzájemnými rychlostmi. Taková událost by fyzikálně odpovídala rozpadu tělesa rotační rozštěpením.

Ukázalo se, že pokud autoři zahrnou pouze gravitační působení Slunce, planet a velkých planetek, tělesa se v minulých 1000 letech k sobě nedostala blíže než 80 000 km, což je příliš vysoká hodnota. Navíc se ukázalo, že před přibližně 409 lety oba shluky klonů (jeden pro 2019 PR2 a druhý pro 2019 QR6) proletěly relativně blízko Jupiteru (blíže než 0,1 astronomické jednotky) a to s časovým odstupem 36 hodin. Tento průlet shluky klonů nikterak nenarušil (klony daného shluku zůstaly blízko při sobě), ale po průletu se shluky vydaly značně jinými směry a šance na jejich opětovné přiblížení (navíc malými rychlostmi) se dramaticky přiblížila k nule. Toto naznačovalo, že k rozpadu mateřské planetky muselo dojít někdy během posledních 409 let.

Pohyby malých těles Sluneční soustavy ale ovlivňují i negravitační vlivy. Pokud autoři započetli Yarkovského jev spojený opět s nerovnoměrným ohřevem těles, nezískali o mnoho uspokojivější odpověď. Tělesa se v minulosti nepotkávala. Ve Sluneční soustavě je však známo několik planetek, které v minulosti nepochybně vykazovaly kometární aktivitu. Vznik komy a ohonu je opět spojen s určitými slabými silami, které dlouhodobě ovlivňují pohybový stav malých těles. Započtení vlivu kometární aktivity na pohyb obou těles z páru se tak přímo nabízelo. 

Ukázalo se, že šlo o správný postup. Při uvážení sublimace vody nebo oxidu uhelnatého z povrchu těles se některé jejich klony sledované do minulosti začaly v prostoru setkávat. Pokud bychom uvažovali, že tělesa byla kometárně aktivní po celou dobu od jejich rozpadu, tak k oddělení obou těles došlo před 300 lety s poměrně širokým intervalem nejistoty. Autoři se však přesvědčili, že v současné době větší z těles rozhodně nejeví ani náznaky kometární aktivity. Bylo tak logické očekávat, že pokud se u těles vytvořila koma a ohon, šlo nejspíše o přechodný jev. Rozumná doba, po níž mohla být tělesa kometárně aktivní, je jeden oběh kolem Slunce, tedy přibližně 14 let. Tento model pak vedl k velmi přesvědčivému výsledku: k rozpadu mateřského tělesa před 272 roky, plus mínus 7 let. 

Tímto zajímavost obou těles nekončí. Ze světelných křivek se zdá, že větší těleso PR2 nerotuje kolem jedné fixní osy, ale podléhá tzv. volné rotaci, laicky řečeno se „převaluje“. Ze známých asteroidálních párů by šlo o první případ takového typu excitované rotace. Pokud by se dalšími pozorováním volná rotace PR2 potvrdila, přineslo by to další střípek do skládanky odpovídající na původ obou těles. 

Poslední nejasnost, kterou bylo třeba řešit, se týká spektrálního typu těles. Obě se blíží taxonomickému typu D, jaký mají tělesa, která obvykle vznikají mimo Hlavní pás planetek ve vnějších částech Sluneční soustavy. Spektrální vlastnosti obou těles jsou navíc podobné, ale ne identické. Do vnitřních částí Sluneční soustavy by tak mohl mateřské těleso nasměrovat Jupiter svým rušivým působením. Vyšší sklon spektra menšího tělesa QR6 naznačuje, že jeho povrch je pokryt většími zrny než povrch většího PR6. Tyto povrchové vlastnosti musela vzhledem k jejich mládí mít obě tělesa již v okamžiku vzniku, což potenciálně představuje další indicii na cestě k objasnění vzniku těchto těles. V tuto chvíli jde o slibnou pracovní hypotézu, kterou by v budoucnosti mělo být navíc možné otestovat. Spektrální vlastnosti pak naznačují, že 2019 PR6 a 2019 QR6 nemusí být fragmenty planetky, ale že by mohlo jít spíše o pozůstatky vyhaslé komety. 

REFERENCE

P. Fatka a kol., Recent formation and likely cometary activity of near-Earth asteroid pair 2019 PR2-2019 QR6, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 510 (2022) 6033-6049, preprint arXiv:2112.01681

KONTAKT

Mgr. Petr Fatka, Ph.D.
petr.fatka@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.