Представьте каменную глыбу диаметром два с половиной километра, которая совершает полный оборот вокруг собственной оси чуть более чем за четыре минуты. При такой скорости рыхлый астероид должен был бы разлететься на части, поскольку его слабой гравитации недостаточно, чтобы удерживать обломки вместе. Однако астрономы обнаружили объект, который, по предварительным расчётам, способен выдерживать подобное вращение. Находка заставляет по-новому взглянуть на внутреннее устройство малых тел Солнечной системы.
Необычный астероид под номером 491384 выявлен при анализе наблюдений обсерватории имени Веры Рубин, расположенной в Чили. Международная группа под руководством Дмитрия Вавилова из Вашингтонского университета оценила его диаметр приблизительно в 2,53 километра, а период вращения — в 4,18 минуты. Если измерения подтвердятся, он станет крупнейшим известным астероидом с настолько быстрым вращением. Результаты представлены в научном препринте на сервере arXiv.
Почему это открытие вызывает удивление? Большинство астероидов вовсе не являются монолитными каменными телами, какими их часто изображают в фантастических фильмах. Многие представляют собой скопления отдельных обломков, удерживаемых вместе главным образом собственной гравитацией. Такие структуры астрономы называют гравитационными агрегатами, или «кучами щебня».
У подобных объектов существует естественное ограничение скорости вращения. Для астероидов обычной плотности размером более примерно 150 метров характерен так называемый барьер вращения — период около 2,2 часа. Если рыхлое тело начнёт вращаться существенно быстрее, центробежные эффекты могут превысить способность слабой гравитации удерживать его вещество. В результате астероид способен терять материал, изменять форму или разрушаться.
Новый объект выходит далеко за пределы этого ограничения. За время, необходимое обычному крупному астероиду для одного оборота вблизи барьера вращения, 491384 успевает повернуться вокруг своей оси более тридцати раз. При диаметре 2,53 километра его экваториальная скорость составляет примерно 32 метра в секунду, или около 114 километров в час. Для космического тела таких размеров это исключительно быстрое вращение.
Самое интересное заключается в том, что высокая скорость даёт косвенную информацию о внутренней структуре астероида. Если объект действительно вращается с установленным периодом, одной гравитации для сохранения его целостности недостаточно. Вещество должно обладать дополнительной механической прочностью, например благодаря связям между составляющими породами. Поэтому исследователи предполагают, что астероид может быть значительно более цельным, чем типичные гравитационные агрегаты.
Однако измерить вращение далёкого астероида не так просто, как наблюдать за вращающимся колесом. Даже мощные телескопы обычно видят такие объекты как отдельные светящиеся точки. Астрономы определяют период по изменениям отражённого солнечного света: неправильная форма астероида приводит к тому, что при вращении его видимая яркость периодически увеличивается и уменьшается. Полученный график называют кривой блеска.
Здесь возникает серьёзная проблема. Телескоп не наблюдает каждый астероид непрерывно, а делает отдельные снимки с промежутками времени. Если между измерениями объект успевает совершить несколько оборотов, разные периоды могут одинаково хорошо объяснять полученные данные. Это явление известно как неоднозначность периодического сигнала, или алиасинг. В результате астрономы иногда получают убедительно выглядящие, но ошибочные оценки скорости вращения.
Для решения этой задачи команда Вавилова разработала программный метод автоматического анализа кривых блеска. Алгоритм учитывает особенности наблюдений каждого астероида, исследует возможные периоды и выявляет случаи, когда имеющихся данных недостаточно для однозначного вывода. Вместо одного сомнительного значения программа может предложить несколько вариантов с оценками их вероятности. Это особенно важно для будущих масштабных обзоров неба.
Обсерватория Веры Рубин создавалась именно для таких исследований. Её широкоугольная камера способна многократно фотографировать огромные участки небесной сферы, обнаруживая множество движущихся и переменных объектов. Но большой объём данных одновременно становится вычислительной проблемой. Проверять вручную каждую необычную кривую блеска практически невозможно, поэтому автоматические методы контроля качества приобретают решающее значение.
Исследователи применили новый алгоритм к наблюдениям 9417 астероидов. Среди них удалось выделить 66 кандидатов в сверхбыстро вращающиеся объекты. Два астероида оказались особенно необычными: при размерах более двух километров они, согласно расчётам, совершают оборот приблизительно за пять минут. Самым впечатляющим стал объект 491384 с периодом 4,18 минуты.
Важно, что речь пока идёт о результатах анализа телескопических измерений, а не о непосредственном исследовании поверхности или внутреннего строения астероида. Его предполагаемая монолитность выведена из сочетания размера и скорости вращения. Реальная прочность зависит также от плотности, формы, трещиноватости и состава пород. Дополнительные наблюдения необходимы, чтобы уточнить параметры и исключить оставшиеся неоднозначности.
Новая методика может помочь обнаружить и систематические ошибки самих наблюдений. Например, если сразу несколько астероидов демонстрируют подозрительные изменения яркости на одном снимке, причина может заключаться в качестве изображения, а не в физических свойствах объектов. Автоматическое выявление таких случаев позволит уменьшить количество ложных открытий. Это особенно существенно, когда телескопы ежегодно собирают огромные массивы астрономической информации.
Быстрое вращение астероидов представляет интерес не только для изучения их прочности. На скорость вращения малых тел способны влиять столкновения, особенности формы и постепенное воздействие солнечного излучения. Последний механизм известен как эффект ЯОРП: неравномерное поглощение и переизлучение тепла создаёт слабый вращающий момент, который за длительное время может заметно изменить движение астероида. Поэтому распределение периодов вращения помогает восстанавливать историю эволюции малых тел.
Открытие 491384 показывает, насколько разнообразными могут быть астероиды, внешне выглядящие как неприметные световые точки. Одни представляют собой рыхлые скопления обломков, другие способны выдерживать механические нагрузки, несовместимые с такой структурой. Если параметры нового рекордсмена подтвердятся, он станет важным объектом для изучения прочности космических пород. А разработанный исследователями алгоритм поможет находить другие необычные астероиды, скрытые среди миллионов наблюдений.
А затем «Добавить на главный экран».
