21.09.21: Spektakulære nye bilder og målinger av den hundebein-lignende asteroiden Kleopatra gir ikke bare ny kunnskap om spektakulære hendelser i vårt solsystem, men kan også kaste lys over et av de mest omtalte astronomiske mysteriene de siste årene.

av Anne Mette Sannes & Knut Jørgen Røed Ødegaard

Disse 11 bildene tatt i perioden 2017–2019 av asteroiden Kleopatra viser objektet fra ulike vinkler mens dens roterer. Det avanserte instrumentet Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (SPHERE) på ESOs teleskop VLT ble benyttet.
Foto: ESO/Vernazza, Marchis et al./MISTRAL algorithm (ONERA/CNRS)

Du drar kanskje kjensel på formen på denne asteroiden? For 4 år siden ble det interstellare og svært omdiskuterte objektet 1I/2017 U1 (‘Oumuamua) observert mens det suste gjennom de indre delene av Solsystemet. Med en størrelse på kun 400 meter og avstand på mange millioner kilometer var objektet aldri synlig som noe mer enn en prikk, men lysvariasjoner mens det roterte avslørte at formen var mildt sagt spesiell: De fleste forskerne mener at ‘Oumuamua er rundt 10 ganger lenger enn den er bred, og formen ble fremstilt med denne illustrasjonen:

Kunstnerisk fremstilling av den interstellare asteroiden 1I/2017 U1 (‘Oumuamua) mens den beveget seg gjennom Solsystemet etter oppdagelsen i oktober 2017. Objektet er opptil 10 ganger lenger enn det er bredt, noe som er ulikt alle andre objekter som var fotografert i vårt solsystem på det tidspunktet.
Illustrasjon: ESO/M. Kornmesser

Det var veldig vanskelig å se for seg hvordan et objekt kan få en slik form, men de nye observasjonene av 216 Kleopatra i vårt solsystem gir oss kanskje en forklaring! Merk også at ‘Oumuamua hadde andre egenskaper som var vanskelig å forklare både dersom den skulle være en asteroide og dersom den var komet.

Typisk form på asteroider – de er gjerne uregelmessige i formen, har kanter, kratre og forhøyninger slik som Bennu på dette bildet, men bortsett fra Kleopatra og kanskje også ‘Oumuamua, har man aldri sett dem formet som en lang stang. De aller største asteroidene er gjerne bortimot runde fordi tyngdekreftene er sterke nok til å presse ned de største ujevnhetene. Foto: NASA/ Wikipedia

Hundebein i asteroidebeltet!

Kleopatra befinner seg i asteroidebeltet mellom Mars og Jupiter og i likhet med andre asteroider går de i bane rundt Solen. Asteroiden ble oppdaget allerede i 1880 og er oppkalt etter dronning Kleopatra VII av Egypt. Astronomene har kalt den «hundebein-asteroiden» helt siden radar-målinger for 20 år siden viste at den har to «hoder» som henger sammen via en tykk «hals». I 2008 oppdaget Franck Marchis ved SETI-instituttet i Mountain View i USA og Laboratoire d'Astrophysique de Marseille i Frankrike at Kleopatra har to måner som går i bane rundt seg. Disse ble kalt AlexHelios og CleoSelene etter den egyptiske dronningens barn.

For å finne ut mer om Kleopatra ble asteroiden observert av en forskergruppe ledet av Franck Marchis en rekke ganger i perioden 2017 til 2019 med instrumentet Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (SPHERE) på ESOs VLT-teleskop. Siden asteroiden roterer kunne den ses fra ulike vinkler, noe som gjorde det mulig å lage de hittil mest nøyaktige 3D-modellene av objektet. Observasjonene bekreftet den hundebein-lignende formen og antagelsene om asteroidens volum, men fant at det ene «hodet» er større enn det andre og at Kleopatra er omtrent 270 kilometer lang, dvs. som avstanden Bergen–Hønefoss i luftlinje.

Den 270 kilometer lange asteroiden (216) Kleopatra sammenlignet med Nord-Italia.
Foto/illustrasjon: ESO/M. Kornmesser/Marchis et al.

Måner gir oss kunnskap om masse og volum

En tsjekkisk forsker ledet et annet forskningsprosjekt som ble utført parallelt, og benyttet SPHERE-instrumentet for å beregne korrekte baner for asteroidens to små måner. Tidligere forskning hadde gitt estimater for banene, men de nye observasjonene med VLT-teleskopet viste at månene ikke befant seg der man hadde forventet, og uten korrekte månebaner ville beregningene av Kleopatras masse og volum bli feil. De nye observasjonene kombinert med avanserte modeller gjorde det mulig å beregne nøyaktig hvordan Kleopatras tyngdekraft påvirker månenes bevegelser og til å bestemme de kompliserte banene til AlexHelios and CleoSelene som er hhv. 9 og 7 kilometer i diameter. Dermed ble massen til Kleopatra regnet ut, og man fant den å være 35 % lavere enn tidligere estimert.

Når man kjenner både massen og volumet, vet man også gjennomsnittstettheten som er halvparten av tettheten til jern og dermed lavere enn tidligere antatt (3,4 g/cm3 mot tidligere antatt 4,5 g/cm3). Kleopatra ser nemlig ut til å være metallisk og burde derfor hatt større tetthet (jordisk, massivt jern har tetthet 7,9 g/cm3). Forklaringen må være at asteroiden har en porøs struktur og derfor rett og slett er en steinrøys bestående av metallklumper!

I asteroidebeltet stammer rent metall fra kjernen til store objekter – dvergplaneter – som en gang fantes der. Analyser av den nøyaktige sammensetningen til jernmeteoritter som har falt ned på Jorden har avslørt at det opprinnelig må ha vært mer enn 50 dvergplaneter i asteroidebeltet, noe som betyr at Kleopatra må være restene etter en kjempekollisjon som knuste en dvergplanet. Metallbitene fra kjernen samlet seg etter hvert til et nytt himmellegeme og dannet den hundebein-lignende asteroiden vi i dag kjenner som Kleopatra. Målingene viser at omtrent halvparten av asteroidens volum er hulrom.

Kunstnerisk fremstilling av to asteroider som kolliderer og knuser hverandre.
Illustrasjon: Don Davis, Southwest Research Institute

Jernmeteoritter som denne er biter fra kjernene til dvergplaneter som en gang gikk i bane rundt Solen i asteroidebeltet mellom Mars og Jupiter.
Foto: Trym Norman Sannes

Rotasjon

Den avlange asteroiden roterer svært raskt i forhold til størrelse og masse og bruker bare 5,4 timer på en omdreining. Hadde den rotert bare litt raskere, ville den faktisk ha gått i oppløsning. Siden den er så nær kritisk rotasjonshastighet, kan selv mindre nedslag få små steiner til å løfte seg ut i rommet, og forskergruppen tror at nettopp slike småsteiner kan ha dannet månene AlexHelios and CleoSelene, noe som i tilfelle betyr at de faktisk er født av Kleopatra!

Bearbeidet bilde tatt i juli 2017 viser Kleopatra samt dens to måner (oppe til høyre og nede til venstre).
Foto: ESO/Vernazza, Marchis et al./MISTRAL algorithm (ONERA/CNRS)

Hvor avlange objekter oppstår naturlig?

Den ekstremt avlange formen til det interstellare objektet ‘Oumuamua var svært vanskelig å forklare. «Tykkelsen» på Kleopatra er ca. 80–90 kilometer, noe som betyr at lengden er mer enn tre ganger større enn tykkelsen. Dette viser at virkelig avlange objekter oppstår naturlig i Universet, men samtidig er ‘Oumuamua tilsynelatende ytterligere tre ganger lenger i forhold til tykkelsen!

I tillegg har ‘Oumuamua tålt påkjenningene av å bli kastet ut av sitt solsystem og å komme inn i vårt uten å gå i oppløsning. Denne langveisfarende gjesten er dessuten mye mindre enn Kleopatra og har derfor mye svakere tyngdekrefter til å holde objektet samlet.

På den annen side er Kleopatra såpass stor at tyngdekreftene burde hindret en så avlang form som observasjonene nå viser at den har. Kleopatra har gitt oss et hint om at avlange objekter er mulig, men likevel ikke hele forklaringen på ‘Oumuamuas ekstreme form.

Klikk på “Liker” og få melding når nye saker legges ut!

MER INFORMASJON

Pressemelding fra ESO

astroevents.no: ‘Oumuamua – et lysseil fra et annet solsystem?

astroevents.no: Solsystemets første interstellare gjest forbløffer forskerne

astroevents.no: Flere saker om asteroider