For første gang, astronomer fanger asteroide i færd med at skifte farve

december sidste år, forskere opdagede en "aktiv" asteroide i asteroidebæltet, klemt inde mellem Mars og Jupiters kredsløb. Rumklippen, udpeget af astronomer som 6478 Gault, så ud til at efterlade to spor af støv i kølvandet - aktiv adfærd, der er forbundet med kometer, men sjældent set i asteroider.

Mens astronomer stadig undrer sig over årsagen til Gaults kometlignende aktivitet, et MIT-ledet hold rapporterer nu, at det har fanget asteroiden i færd med at skifte farve, i det nær-infrarøde spektrum, fra rød til blå. Det er første gang, at forskere har observeret en farveskiftende asteroide, i realtid.

"Det var en meget stor overraskelse, siger Michael Marsset, en postdoc i MIT's Department of Earth, Atmosfæriske og planetariske videnskaber (EAPS). "Vi tror, ​​vi har set asteroiden miste sit rødlige støv til rummet, og vi ser asteroidens underliggende, friske blå lag."

Marsset og hans kolleger har også bekræftet, at asteroiden er stenet – et bevis på, at asteroidens hale, selvom det tilsyneladende kometagtigt, er forårsaget af en helt anden mekanisme, da kometer ikke er stenede, men mere som løse snebolde af is og støv.

"Det er første gang, så vidt jeg ved, at vi ser en stenet krop udsende støv, lidt som en komet, " siger Marsset. "Det betyder, at sandsynligvis en eller anden mekanisme, der er ansvarlig for støvemission, er forskellig fra kometer, og adskiller sig fra de fleste andre aktive hovedbælte-asteroider."

Marsset og hans kolleger, herunder EAPS-forsker Francesca DeMeo og professor Richard Binzel, har offentliggjort deres resultater i dag i tidsskriftet Astrofysiske tidsskriftsbreve .

En sten med haler

Astronomer opdagede første gang 6478 Gault i 1988 og opkaldte asteroiden efter planetgeologen Donald Gault. Indtil for nylig, rumklippen blev set som relativt gennemsnitlig, måler omkring 2,5 miles bred og kredser sammen med millioner af andre stumper af sten og støv i det indre område af asteroidebæltet, 214 millioner miles fra solen.

I januar, billeder fra forskellige observatorier, inklusive NASAs Hubble-rumteleskop, fanget to smalle, kometlignende haler efter asteroiden. Astronomer anslår, at den længere hale strækker sig en halv million miles ud, mens den kortere hale er cirka en fjerdedel så lang. Halerne, de konkluderede, skal bestå af titusinder af kilogram støv, aktivt udstødt af asteroiden, ud i rummet. Men hvordan? Spørgsmålet vakte atter interesse for Gault, og undersøgelser siden da har afsløret tidligere tilfælde af lignende aktivitet af asteroiden.

"Vi kender til omkring en million kroppe mellem Mars og Jupiter, og måske omkring 20, der er aktive i asteroidebæltet, " siger Marsset. "Så dette er meget sjældent."

Han og hans kolleger deltog i søgen efter svar på Gaults aktivitet i marts, da de sikrede observationstid ved NASA's Infrared Telescope Facility (IRTF) på Mauna Kea, Hawaii. Over to nætter, de observerede asteroiden og brugte en højpræcisionsspektrograf til at opdele asteroidens indkommende lys i forskellige frekvenser, eller farver, hvis relative intensiteter kan give videnskabsmænd en idé om et objekts sammensætning.

Ud fra deres analyse, holdet fastslog, at asteroidens overflade hovedsageligt består af silikat, en tør, stenet materiale, ligner de fleste andre asteroider, og, vigtigere, slet ikke som de fleste kometer.

Kometer kommer typisk fra de langt koldere kanter af solsystemet. Når de nærmer sig solen, enhver overfladeis sublimerer øjeblikkeligt, eller fordamper til gas, skaber kometens karakteristiske hale. Siden Marssets team har fundet 6478 Gault er en tør, stenet krop, dette betyder, at det sandsynligvis genererer støvhaler af en anden aktiv mekanisme.

En frisk forandring

Da holdet observerede asteroiden, de opdagede, til deres overraskelse, at klippen var ved at skifte farve i det nær-infrarøde, fra rød til blå.

"Vi har aldrig set så dramatisk en ændring som denne over så kort tid, " siger medforfatter DeMeo.

Forskerne siger, at de sandsynligvis ser asteroidens overfladestøv, blev rød efter millioner af års eksponering for solen, bliver kastet ud i rummet, afslører en frisk, mindre bestrålet overflade nedenunder, der ser blå ud ved nær-infrarøde bølgelængder.

"Interessant nok, du behøver kun at fjerne et meget tyndt lag for at se en ændring i spektret, " DeMeo siger. "Det kunne være så tyndt som et enkelt lag korn bare mikron dybt."

Så hvad kan få asteroiden til at skifte farve? Holdet og andre grupper, der studerer 6478 Gault, mener, at årsagen til farveskiftet, og asteroidens kometlignende aktivitet, skyldes sandsynligvis den samme mekanisme:et hurtigt spin. Asteroiden snurrer muligvis hurtigt nok til at piske lag af støv af dens overflade, gennem ren centrifugalkraft. Forskerne vurderer, at det ville være nødvendigt at have omkring en to-timers rotationsperiode, snurrer rundt hvert par timer, kontra Jordens 24-timers periode.

"Omkring 10 procent af asteroiderne spinder meget hurtigt, betyder med en to- til tre timers rotationsperiode, og det er højst sandsynligt på grund af solen, der snurrer dem op, siger Marsset.

Dette spinning-fænomen er kendt som YORP-effekten (eller, Yarkovsky-O"Keefe-Radzievskii-Paddack-effekten, opkaldt efter de videnskabsmænd, der opdagede det), som refererer til effekten af ​​solstråling, eller fotoner, på små, nærliggende kroppe såsom asteroider. Mens asteroider reflekterer det meste af denne stråling tilbage i rummet, en brøkdel af disse fotoner absorberes, derefter genudgivet som varme, og også momentum. Dette skaber en lille kraft, der gennem millioner af år, kan få asteroiden til at spinde hurtigere.

Astronomer har tidligere observeret YORP-effekten på en håndfuld asteroider. For at bekræfte, at en lignende effekt virker på 6478 Gault, forskere bliver nødt til at detektere dens spin gennem lyskurver - målinger af asteroidens lysstyrke over tid. Udfordringen bliver at se gennem asteroidens betydelige støvhale, som kan skjule vigtige dele af asteroidens lys.

Marssets hold, sammen med andre grupper, planlægger at studere asteroiden for yderligere spor til aktivitet, når det næste gang bliver synligt på himlen.

"Jeg tror, ​​at [gruppens undersøgelse] forstærker det faktum, at asteroidebæltet er et virkelig dynamisk sted, " siger DeMeo. "Mens de asteroidefelter, du ser i filmene, alle styrter ind i hinanden, er en overdrivelse, der sker helt sikkert meget derude hvert øjeblik."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.