Jak rozmnażają się asteroidy? To możliwe, choć tracą przy tym także na wadze

Samo zagadnienie powstawania nowych obiektów z materiału, który stanowił wcześniej część innego nie jest problemem nam nieznanym. W końcu tak postuluje się powstanie Ksieżyca, W dużym stopniu z materii wyrzuconej z Ziemi, w którą uderzyło inne też masywne ciało niebieskie. Asteroidy mogą też po prostu się zderzać i rozpadać na mniejsze.

Takich scenariuszy podziału większych ciał na mniejsze może być niezliczona ilość, ale warto zwrócić uwagę na ten jeden, bardzo oryginalny i związany z układem asteroid Didymos-Dimorfos.

Didymos i Dimorfos, podwójna asteroida. Takich układów jest bardzo dużo

Didymos ma rozmiar 780 metrów, a Dimorfos jest jej towarzyszem o rozmiarze tylko około 160 metrów. Tylko, bo z perspektywy badań naukowych to najmniejsze tego typu ciało niebieskie w Układzie Słonecznym jakie mieliśmy okazję odwiedzić (i niestety od razu trochę podniszczyć).

Didymos na pierwszym planie i Dimorfos w oddali widziane z sondy DART

To właśnie z mniejszą (druga w nazwie) z tych dwóch asteroid wzajemnie obiegających się po orbicie w odległości około 2 km, zderzyła się 27 września 2022 roku sonda DART. Oprócz testu techniki zmiany orbity asteroid, całe wydarzenie było też okazją do przyjrzenia się z bliska kształtowi obu asteroid. Didymos okazał się mniej nieregularny niż sądzono, choć jest stosem zbitych przez grawitację skał, podobnie jak to ma miejsce w przypadku asteroidy Bennu czy Ryugu, wcześniej badanych przez misje z Ziemi.

Dimorfos wcale nie okazał się mniejszym bratem, przynajmniej z perspektywy morfologicznej. Jego powierzchnia ma inne cechy niż w przypadku Didymosa. Powierzchni Didymosa nie jest jednorodna, a raczej składa się naprzemiennie z obszarów o bardziej wyrównanej powierzchni i tych najeżonych ostrymi skałami. Dimorfos wygląda jak zbita masa skał.

Tak wygląda Dimorfos z bliska. Wynik złożenia zdjęć dostarczonych przez sondę DART podczas ostatnich chwil przed zderzeniem. 

To rozgraniczenie cech Dimorfosa i Didymosa choć wydaje się utrudnieniem, w praktyce naprowadziło astronomów na wnioski co do prawdziwej genezy tego układu podwójnego. Teorii może być kilka, w każdej z nich najpierw był tylko Didymos, a jedna z nich jest wyjątkowo ciekawa.

Dimorfos mógł powstać z materii, która utracił Didymos

Teoria powstania Dimorfosa sugerowana przez astrofizyków, która ma ukazać się w periodyku ICARUS (tekst można przeczytać jako preprint w repozytorium arXiv), zakłada, że Didymos kiedyś stał się asteroidą o bardzo dużym tempie obrotowym.

Ciała niebieskich, które bardzo szybko, a nawet niesamowicie szybko, się obracają to nic zaskakującego we Wszechświecie. Można jednak podzielić je na dwie podstawowe grupy. Te, których grawitacja jest na tyle silna, by szybka rotacja nie wywołała destrukcyjnych działań, albo te, które są tak luźno związanymi przez grawitację obiektami, że w wyniku rotacji mogą zacząć tracić masę.

Orbita Didymosa na tle orbit innych ciał niebieskich w Układzie Słonecznym. Jak widać, okazji do bliskich spotkań nie brakuje.

I takim właśnie ciałem stał się Didymos. W przeszłości mógł zostać rozkręcony w wyniku powtarzających się zbliżeń do sąsiednich obiektów, które skutkowały stosunkowo silnym wpływem grawitacyjnym. Mogły to być też zderzenia z inny obiektami, nie prowadzące do rozpadu asteroidy, a przypominające otarcie się jednej o drugą, podobnie jak można rozkręcić bile bilardową uderzając ją pod niewielkim kątem drugą.

Koniec końców, w pewnym momencie Didymos wirował tak szybko, że grawitacja nie mogła stawić czoła sile odśrodkowej i fragmenty tworzące tę asteroidę, które Didymos tracił, zaczęły stopniowo tworzyć otaczający go pierścień.

Najpierw ten pierścień był stabilny. Znajdował się w obszarze silnych oddziaływań pływowych, które uniemożliwiały powstanie z obiegającej Didymosa materii zwartego obiektu.

Czas jednak zadziałał na korzyść przyszłego Dimorfosa. Ponownie oddziaływania, którym poddana była materia we wspomnianym pierścieniu, doprowadziły do zwiększenia średnicy tej struktury. W końcu nie była ona już tak silnie destabilizowana przez grawitację Didymosa i mogła zacząć formować Dimorfosa. I tak wedle przytaczanej tu teorii się stało.

Dziś Didymos-Dimorfos to układ podwójny i choć oba ciała wyglądają odmiennie mają wspólne dziedzictwo. Didymos wedle szacunków utracił około swojej 25% masy na rzecz mniejszego towarzysza. Ten sposób tworzenia się Dimorfosa potwierdzają dotychczasowe obserwacje.

Sonda Hera pomoże wyjaśnić niejedną hipotezę dotyczącą układu Dimorfos-Didymos

Teorie teoriami, badania obu asteroid na miejscu pozwolą ocenić, czy wysnuta przez astrofizyków teoria ma szansę być prawdziwa.

Choć od zderzenia minęły już miesiące, to dopiero w październiku przyszłego roku ruszy w kierunku układu Didymos-Dimorfos europejska sonda Hera. Ten rok to okres decydujący dla powodzenia pierwszej fazy misji, czyli integracja pojazdu. O Herze będzie więc cicho, ale inżynierowie i technicy na pewno będą mieli pełne ręce roboty.

Źródło: arXiv:2301.02121, inf. własna, zdjęcie wejściowe: asteroida 1999 KW4