Новое исследование показало, почему некоторые астероиды имеют странные арбузообразные спутники, запертые на орбите вокруг них, вопреки предсказаниям типичных теорий образования астероидов.
Необычные формы крошечных астероидов Диморфос и Селам озадачивали астрономов на протяжении многих лет, но новое исследование наконец-то объяснило, как они стали такими странными. Оно также предполагает, что эти «спутники» причудливой формы могут быть более распространены, чем думали ученые.
Бинарные астероиды — пары астероидов, которые по сути являются мини-версиями системы Земля-Луна, — довольно часто встречаются в нашем космическом пространстве. В их число входит дуэт Дидимос — Диморфос, ставший основой миссии НАСА по испытанию перенаправления двойного астероида (DART) в 2022 году. Предыдущие исследования показывают, что такие бинарные астероиды образуются, когда обломки «родительского» астероида, состоящего из слабо удерживаемых камней, вращаются так быстро, что сбрасывают часть своей массы, которая превращается во второй, меньший спутник.
Большинство спутников астеройдов похожи на вытянутые вверх футбольные мячи с тупыми концами, которые вращаются вокруг своих родительских спутников, имеющих типичную верхнюю форму; такие спутники называют «пролатеральными». Но некоторые имеют более странные формы. Возьмем, к примеру, Диморфос — до столкновения с ним DART. Это был «продолговатый сфероид» — сфера, сжатая у полюсов и вытянутая вдоль середины, как арбуз. А крошечный Селам, недавно обнаруженный спутник астероида Динкинеш, еще более необычен и состоит из двух соединенных между собой каменистых сфер.
Странные формы этих спутников озадачили астрономов, в том числе Джона Вимарссона, аспиранта Бернского университета в Швейцарии и ведущего автора нового исследования. «Мы никогда раньше не видели таких спутников астероидов, и их нельзя напрямую объяснить традиционными моделями образования бинарных астероидов«, — сказал он в интервью Live Science.
Чтобы понять странные формы астероидов, Вимарссон и его коллеги из европейских и американских университетов разработали два набора подробных компьютерных моделей. Первый набор моделировал изменение формы родительских астероидов при их быстром вращении и выбросе обломков. Второй набор предполагал, что обломки образуют вокруг родительского астероида зону в форме пончика, называемую диском обломков. Затем алгоритмы отслеживали движение всех фрагментов, когда они испытывали гравитационное притяжение друг друга и своего родителя и сталкивались, образуя агрегаты. Исследователи также рассмотрели два вида родительских астероидов, напоминающих по размеру и плотности Рюгу и Дидимос.
Результаты, опубликованные 20 июля в журнале Icarus, показали, что окончательная форма спутника астероида определяется двумя основными факторами: гравитационной силой, которую оказывает родитель, и характером столкновений спутника с другими каменистыми объектами в диске обломков.
Однако другие параметры определяют, какой из этих факторов играет большую роль. Один из параметров — плотность родительского астероида. Более плотные астероиды, такие как Дидимос, вращаются быстрее, чем более легкие, подобные Рюгу, создавая более широкие диски обломков, которые, в свою очередь, приводят к образованию спутников на большем расстоянии от родителя.
На этом изображении показан восход странного спутника Селам, выходящего из-за астероида Динкинеш, как видно с космического аппарата НАСА Lucy.
Исследователи обнаружили, что спутники, формирующиеся на определенном расстоянии от родительского астероида, обычно приобретают вытянутую форму. На этом расстоянии, называемом пределом Рош, гравитация родителя уравновешивает внутреннюю силу лунного астероида, сохраняя его форму по мере того, как он медленно растет, сталкиваясь и сливаясь с другими обломками.
С другой стороны, спутниковые астероиды, формирующиеся за пределом Рош, приобретают продолговатую форму, поскольку находятся вне гравитационного захвата родительского астероида. При столкновении с другими коорбитальными обломками они растут более равномерно, чем их продолговатые собратья. Тем не менее, большинство продолговатых астероидов формируется гораздо ниже предела Рош; слишком близкое расположение приводит к тому, что спутники разрываются на части гравитацией родительского астероида, в результате чего они теряют свою продолговатую форму. Такие спутники, скорее всего, превратятся в продолговатые сфероиды после столкновения с другими спутниками-предшественниками.
Выводы команды выходят за рамки предоставления рекомендаций по формам Диморфоса и Селама. Учитывая, что почти половина симуляций дала астероиды аномальной формы, исследователи считают, что такие странности могут встречаться чаще, чем предполагалось ранее. Но поскольку техника, используемая сегодня для изучения астероидов, не позволяет обнаружить продолговатые астероиды, их часто не замечают.
