NASAs exoplanetjagtmission fanger et naturligt kometudbrud i hidtil usete detaljer

Ved at bruge data fra NASAs Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), astronomer ved University of Maryland (UMD), i College Park, Maryland, har fanget en tydelig start-til-slut billedsekvens af en eksplosiv emission af støv, is og gasser under nærtilslutningen af ​​kometen 46P/Wirtanen i slutningen af ​​2018. Dette er den mest komplette og detaljerede observation til dato af dannelsen og spredningen af ​​et naturligt forekommende kometudbrud. Holdmedlemmerne rapporterede deres resultater i 22. november-udgaven af ​​The Astrofysiske tidsskriftsbreve .

"TESS bruger næsten en måned ad gangen på at afbilde en del af himlen. Uden dag- eller natpauser og ingen atmosfærisk interferens, vi har en meget uniform, langvarige sæt af observationer, " sagde Tony Farnham, en forsker i UMD Department of Astronomy og hovedforfatteren af ​​forskningspapiret. "Når kometer kredser om Solen, de kan passere gennem TESS' synsfelt. Wirtanen var en høj prioritet for os på grund af sin tætte tilgang i slutningen af ​​2018, så vi besluttede at bruge dets udseende på TESS-billederne som en testcase for at se, hvad vi kunne få ud af det. Det gjorde vi og blev meget overraskede!"

"Mens TESS er et kraftcenter til at opdage planeter, der kredser i nærheden, klare stjerner, dens observationsstrategi muliggør så meget spændende yderligere videnskab, " sagde TESS-projektets videnskabsmand Padi Boyd fra NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Da TESS-dataene hurtigt offentliggøres gennem NASAs Mikulski Archive for Space Telescopes (MAST), det er spændende at se videnskabsmænd identificere, hvilke data der er af interesse for dem, og så laver alle slags yderligere serendipitous videnskab ud over exoplaneter."

Normal kometaktivitet drives af sollys, der fordamper isen nær overfladen af ​​kernen, og de udstrømmende gasser trækker støv af kernen for at danne koma. Imidlertid, mange kometer er kendt for at opleve lejlighedsvise spontane udbrud, der kan betydeligt, men midlertidigt øge kometens aktivitet. Det vides på nuværende tidspunkt ikke, hvad der forårsager udbrud, men de er relateret til forholdene på kometens overflade. En række potentielle udløsningsmekanismer er blevet foreslået, inklusive en termisk begivenhed, hvor en hedebølge trænger ind i en lomme af meget flygtig is, får isen til hurtigt at fordampe og producere en eksplosion af aktivitet, og en mekanisk begivenhed, hvor en klippe falder sammen, udsætter frisk is for direkte sollys. Dermed, undersøgelser af udbrudsadfærd, især i de tidlige lysende stadier, der er svære at fange, kan hjælpe os med at forstå kometens fysiske og termiske egenskaber.

Selvom Wirtanen kom tættest på Jorden den 16. december, 2018, udbruddet fandt sted tidligere i sin tilgang, begynder den 26. september 2018. Den indledende lysere udbruddet skete i to adskilte faser, med en timelang flash efterfulgt af en mere gradvis anden fase, der fortsatte med at vokse lysere i yderligere 8 timer. Denne anden fase var sandsynligvis forårsaget af den gradvise spredning af kometstøv fra udbruddet, hvilket får støvskyen til at reflektere mere sollys samlet set. Efter at have nået den højeste lysstyrke, kometen falmede gradvist over en periode på mere end to uger. Fordi TESS tager detaljerede, sammensatte billeder hvert 30. minut, holdet var i stand til at se hver fase i udsøgte detaljer.

"Med 20 dages meget hyppige billeder, vi var i stand til at vurdere ændringer i lysstyrke meget let. Det er det, TESS er designet til, at udføre sit primære job som en exoplanet landmåler, " sagde Farnham. "Vi kan ikke forudsige, hvornår kometudbrud vil ske. Men selvom vi på en eller anden måde havde mulighed for at planlægge disse observationer, vi kunne ikke have gjort det bedre med hensyn til timing. Udbruddet skete få dage efter, at observationerne startede."

Holdet har genereret et groft skøn over, hvor meget materiale der kan være blevet kastet ud i udbruddet, omkring en million kilogram (2,2 millioner pund), som kunne have efterladt et krater på kometen på omkring 20 meter (ca. 65 fod) på tværs. Yderligere analyse af de estimerede partikelstørrelser i støvhalen kan hjælpe med at forbedre dette skøn. Observation af flere kometer vil også være med til at afgøre, om flertrins oplysning er sjælden eller almindelig i kometudbrud.

TESS har også for første gang opdaget Wirtanens støvspor. I modsætning til en komets hale - sprayen af ​​gas og fint støv, der følger efter en komet, vokser efterhånden som den nærmer sig solen – en komets spor er et felt med større snavs, der sporer kometens bane, når den bevæger sig rundt om solen. I modsætning til en hale, som skifter retning, når den blæses af solvinden, sporets orientering forbliver mere eller mindre konstant over tid.

Sporet følger mere kometens bane, mens halen er forskudt fra den, da den bliver skubbet rundt af solens strålingstryk. Det væsentlige ved stien er, at den indeholder det største materiale, " sagde Michael Kelley, en associeret forsker i UMD Department of Astronomy og en medforfatter af forskningspapiret. "Halestøv er meget fint, meget ligesom røg. Men stistøv er meget større - mere som sand og småsten. Vi tror, ​​at kometer mister det meste af deres masse gennem deres støvstier. Når Jorden løber ind i en komets støvspor, vi får meteorregn."

Mens den nuværende undersøgelse beskriver de første resultater, Farnham, Kelley og deres kolleger ser frem til yderligere analyser af Wirtanen, samt andre kometer i TESS' synsfelt. "Vi ved heller ikke, hvad der forårsager naturlige udbrud, og det er i sidste ende det, vi ønsker at finde, " sagde Farnham. "Der er mindst fire andre kometer i det samme område på himlen, hvor TESS lavede disse observationer, med i alt omkring 50 kometer forventet i de første to års TESS-data. Der er meget, der kan komme ud af disse data."