ستاره شناسان MIT کوچکترین سیارک هایی را که تاکنون در کمربند اصلی پیدا شده اند کشف کردند | اخبار MIT

اعتقاد بر این است که سیارکی که دایناسورها را از بین برد حدود 10 کیلومتر قطر داشته است. عرض آن تقریباً به اندازه بروکلین، نیویورک است. پیش‌بینی می‌شود که چنین ضربه‌گیر عظیمی به ندرت، هر 100 تا 500 میلیون سال یک بار به زمین برخورد کند.

در مقابل، سیارک های بسیار کوچکتر، به اندازه یک اتوبوس، ممکن است هر چند سال یکبار بیشتر به زمین برخورد کنند. این سیارک‌های «ده‌متری» که فقط ده‌ها متر قطر دارند، احتمال بیشتری دارد که از کمربند اصلی سیارک‌ها فرار کرده و برای تبدیل شدن به اجرام نزدیک به زمین مهاجرت کنند. در صورت برخورد، این سنگ‌های فضایی کوچک اما قدرتمند می‌توانند امواج ضربه‌ای را در کل مناطق ارسال کنند، مانند برخورد سال 1908. در تونگوسکا، سیبری، و سیارک 2013 که در آسمان چلیابینسک، اورال متلاشی شد. توانایی رصد سیارک های ده متری از کمربند اصلی، پنجره ای به منشا شهاب سنگ ها می دهد.

اکنون، یک تیم بین‌المللی به رهبری فیزیکدانان MIT راهی برای شناسایی کوچک‌ترین سیارک‌های ده‌متری در کمربند اصلی سیارک‌ها، یک میدان شنی بین مریخ و مشتری که در آن میلیون‌ها سیارک به دور آن می‌چرخند، پیدا کرده‌اند. تاکنون کوچکترین سیارک هایی که دانشمندان توانسته اند در آنجا تشخیص دهند حدود یک کیلومتر قطر داشتند. با رویکرد جدید این تیم، دانشمندان اکنون می توانند سیارک های کمربند اصلی تا اندازه 10 متر را شناسایی کنند.

در مقاله ای که امروز در مجله منتشر شد طبیعتپژوهشگران گزارش می دهند که از رویکرد خود برای کشف بیش از 100 سیارک ده متری جدید در کمربند اصلی سیارک ها استفاده کرده اند. سنگ‌های فضایی از اندازه یک اتوبوس تا چندین استادیوم گسترده هستند و کوچک‌ترین سیارک‌های کمربند اصلی هستند که تا به امروز کشف شده‌اند.

محققان تصور می کنند که این رویکرد می تواند برای شناسایی و ردیابی سیارک هایی که احتمالاً به زمین نزدیک می شوند استفاده شود.

آرتم بوردانوف، نویسنده اصلی این مطالعه، محقق بخش زمین، جو و علوم سیاره ای MIT، می گوید: «ما توانستیم اجرام نزدیک به زمین تا اندازه 10 متر را زمانی که واقعاً نزدیک زمین هستند، شناسایی کنیم. ما اکنون راهی برای شناسایی این سیارک‌های کوچک در زمانی که بسیار دورتر هستند، داریم، بنابراین می‌توانیم ردیابی مداری دقیق‌تری انجام دهیم، که کلید حفاظت از سیاره است.»

نویسندگان مشترک این مطالعه شامل استادان علوم سیاره ای MIT، جولین دو ویت و ریچارد بینزل، به همراه همکاران بسیاری از موسسات دیگر، از جمله دانشگاه لیژ در بلژیک، دانشگاه چارلز در جمهوری چک، آژانس فضایی اروپا، و موسسات در آلمان از جمله موسسه فیزیک فرازمینی ماکس پلانک و دانشگاه اولدنبورگ

جابجایی تصویر

دی ویت و تیمش عمدتاً بر جستجو و تحقیق درباره سیارات فراخورشیدی متمرکز هستند – جهان‌هایی خارج از منظومه شمسی که ممکن است قابل سکونت باشند. محققان بخشی از گروهی هستند که در سال 2016 یک منظومه سیاره ای در اطراف TRAPPIST-1، ستاره ای که حدود 40 سال نوری از زمین فاصله دارد، کشف کرد. با استفاده از تلسکوپ کوچک سیارات و سیارات گذرا (TRAPPIST) در شیلی، این تیم تأیید کرد که این ستاره میزبان سیارات سنگی به اندازه زمین است که تعدادی از آنها در منطقه قابل سکونت هستند.

از آن زمان، دانشمندان تلسکوپ‌های زیادی را با طول موج‌های مختلف بر روی سیستم TRAPPIST-1 آموزش داده‌اند تا بیشتر سیارات را مشخص کنند و به دنبال نشانه‌های حیات بگردند. با این جستجوها، اخترشناسان مجبور بودند «نویز» را در تصاویر تلسکوپ، مانند هرگونه گاز، غبار و اجسام سیاره ای بین زمین و ستاره، غربال کنند تا با وضوح بیشتری از سیارات TRAPPIST-1 رمزگشایی کنند. اغلب صدایی که آنها رد می کنند شامل عبور سیارک ها می شود.

دی ویت می گوید: برای اکثر ستاره شناسان، سیارک ها به عنوان آفت در آسمان دیده می شوند، به این معنا که آنها فقط از میدان دید شما عبور می کنند و بر داده های شما تأثیر می گذارند.

دی ویت و بوردانوف به این فکر کردند که آیا می توان همان داده های مورد استفاده برای جستجوی سیارات فراخورشیدی را بازیافت و برای سیارک ها در منظومه شمسی خودمان استخراج کرد. برای انجام این کار، آنها سعی کردند از “Shift and Stack” استفاده کنند، یک تکنیک پردازش تصویر که اولین بار در دهه 1990 توسعه یافت. این روش شامل جابجایی چندین تصویر از یک میدان دید و چیدن تصاویر برای دیدن اینکه آیا یک جسم کم نور می تواند نویز را تحت الشعاع قرار دهد یا خیر.

استفاده از این روش برای جستجوی سیارک‌های ناشناخته در تصاویری که در ابتدا بر روی ستارگان دور متمرکز شده‌اند، به منابع محاسباتی قابل توجهی نیاز دارد، زیرا شامل آزمایش تعداد زیادی سناریو برای محل قرارگیری یک سیارک است. سپس محققان باید هزاران تصویر را برای هر سناریو جابجا کنند تا ببینند آیا سیارک واقعاً در جایی است که پیش‌بینی می‌شود یا خیر.

چند سال پیش، Burdanov، de Wit و دانشجوی فارغ التحصیل MIT سامانتا هاسلر متوجه شدند که می توانند این کار را با استفاده از پردازنده های گرافیکی پیشرفته انجام دهند که می توانند حجم عظیمی از داده های تصویر را با سرعت بالا پردازش کنند.

آنها ابتدا رویکرد خود را بر روی داده‌های بررسی SPECULOOS (جستجوی سیارات قابل سکونت که ستارگان فوق‌العاده خنک را تحت الشعاع قرار می‌دهند) آزمایش کردند، سیستمی از تلسکوپ‌های زمینی که در طول زمان تصاویر زیادی از یک ستاره می‌گیرد. این تلاش، همراه با کاربرد دوم با استفاده از داده های تلسکوپ در قطب جنوب، نشان داد که محققان در واقع می توانند حجم عظیمی از سیارک های جدید را در کمربند اصلی شناسایی کنند.

“فضای ناشناخته”

برای مطالعه جدید، محققان با استفاده از داده‌های قوی‌ترین رصدخانه جهان، تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا (JWST)، که به‌ویژه به مادون قرمز به جای نور مرئی حساس است، به دنبال سیارک‌های بیشتر، تا اندازه‌های کوچک‌تر بودند. همانطور که اتفاق می افتد، سیارک هایی که در کمربند اصلی سیارک ها می چرخند در طول موج های مادون قرمز بسیار روشن تر از طول موج های مرئی هستند و بنابراین با قابلیت های مادون قرمز JWST بسیار راحت تر تشخیص داده می شوند.

این تیم رویکرد خود را بر روی تصاویر JWST از TRAPPIST-1 اعمال کرد. این داده ها شامل بیش از 10000 تصویر از ستاره است که در ابتدا برای جستجوی نشانه هایی از جو در اطراف سیارات درونی منظومه به دست آمده است. پس از پردازش تصاویر، محققان توانستند هشت سیارک شناخته شده را در کمربند اصلی شناسایی کنند. آنها سپس بیشتر جستجو کردند و 138 سیارک جدید در اطراف کمربند اصلی یافتند که همگی به قطر ده ها متر – کوچکترین سیارک های کمربند اصلی تا به امروز هستند. آنها گمان می کنند که چندین سیارک در راه تبدیل شدن به اجرام نزدیک به زمین هستند، در حالی که یکی از آنها احتمالا یک تروجان است، سیارکی که مشتری را دنبال می کند.

دی ویت می‌گوید: «ما فکر می‌کردیم که فقط چند شی جدید پیدا کنیم، اما خیلی بیشتر از حد انتظار پیدا کردیم، به‌ویژه موارد کوچک. این نشانه آن است که ما در حال بررسی یک رژیم جمعیتی جدید هستیم که در آن اجرام کوچک بیشتری از طریق آبشارهای برخورد شکل می‌گیرند که در از بین بردن سیارک‌های زیر 100 متر بسیار کارآمد هستند.»

میروسلاو بروز، یکی از نویسندگان دانشگاه چارلز در پراگ در جمهوری چک و کارشناس جمعیت سیارک‌های مختلف در منظومه شمسی، می‌افزاید: «آمار این سیارک‌های اصلی کمربند Decameter برای مدل‌سازی حیاتی است. در واقع این زباله‌هایی است که در هنگام برخورد سیارک‌های بزرگ‌تر به‌اندازه یک کیلومتر که قابل مشاهده هستند و اغلب مدارهای مشابهی را به دور خورشید نشان می‌دهند، پرتاب می‌شوند، بنابراین ما آنها را در «خانواده‌های» سیارک‌ها دسته‌بندی می‌کنیم.»

بوردانوف می گوید: «این یک فضای کاملاً جدید و ناشناخته است که ما به لطف فناوری های مدرن وارد آن می شویم. این مثال خوبی از کاری است که ما می توانیم به عنوان یک میدان انجام دهیم، وقتی که به داده ها به شیوه ای متفاوت نگاه کنیم. گاهی اوقات سود بزرگی وجود دارد و این یکی از آنهاست.

این کار تا حدی توسط بنیاد Heising-Simons، بنیاد علوم چک و برنامه کمک هزینه سخت افزار آکادمیک NVIDIA پشتیبانی شد.