Forschung

Vom Knochen bis zur Kugel

14.10.2021 - Neues Fotoalbum der größten Asteroiden im Sonnensystem.

Mit dem Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile haben Astro­nominnen und Astronomen 42 der größten Objekte im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter abgelichtet. Nie zuvor war eine so große Gruppe von Asteroiden so scharf abgebildet worden. Die Beobachtungen zeigen ein breites Spektrum an eigenartigen Formen, von kugelförmig bis hin zu Hunde­knochen, und helfen, die Ursprünge der Asteroiden in unserem Sonnensystem zu ergründen.

„Nur drei große Asteroiden des Hauptgürtels, Ceres, Vesta und Lutetia, wurden bisher mit hoher Detail­genauigkeit abgebildet, da sie von den Weltraum­missionen Dawn und Rosetta der Nasa bzw. der Europäischen Weltraum­organisation besucht wurden“, sagt Pierre Vernazza vom Laboratoire d'Astrophysique de Marseille in Frankreich. „Unsere ESO-Beo­bachtungen haben scharfe Bilder für viele weitere Ziele, insgesamt 42, geliefert.“ Die bisher geringe Zahl detaillierter Beo­bachtungen von Asteroiden bedeutete, dass wichtige Merkmale wie ihre 3D-Form oder Dichte bisher weitgehend unbekannt blieben. Zwischen 2017 und 2019 machten sich Vernazza und sein Team daran, diese Lücke zu schließen, indem sie eine gründliche Untersuchung der wichtigsten Himmelskörper im Asteroiden­gürtel durchführten.

Die meisten der 42 Objekte in ihrer Stichprobe sind größer als einhundert Kilometer; ins­besondere hat das Team fast alle Asteroiden des Gürtels abgebildet, die größer als 200 Kilometer sind, nämlich 20 von 23. Die beiden größten Objekte, die das Team untersuchte, waren Ceres und Vesta mit einem Durchmesser von 940 und 520 Kilometern, während die beiden kleinsten Asteroiden Urania und Ausonia jeweils nur etwa 90 Kilometer groß sind. Durch die Rekonstruktion der Formen der Objekte stellte das Team fest, dass die beobachteten Asteroiden hauptsächlich in zwei Familien unterteilt sind. Einige sind nahezu perfekt kugelförmig, wie etwa Hygiea und Ceres, während andere eine eigen­tümlichere, längliche Form haben, deren unbe­strittene Königin der „Hunde­knochen“-Asteroid Kleopatra ist.

Durch die Kombination der Formen der Asteroiden mit Informationen über ihre Massen fand das Team heraus, dass sich die Dichten innerhalb der Probe erheblich unterscheiden. Die vier am wenigsten dichten Asteroiden, darunter Lamberta und Sylvia, haben eine Dichte von etwa 1,3 Gramm pro Kubik­zentimeter, was in etwa der Dichte von Kohle entspricht. Die dichtesten Asteroiden, Psyche und Kalliope, weisen Dichten von 3,9 bzw. 4,4 Gramm pro Kubikz­entimeter auf, was mehr ist als die Dichte von Diamant.

Dieser große Unterschied in der Dichte deutet darauf hin, dass die Zusammen­setzung der Asteroiden stark variiert, was den Astronomen wichtige Hinweise auf ihre Herkunft geben könnte. „Unsere Beobach­tungen deuten darauf hin, dass diese Körper seit ihrer Entstehung beträchtlich gewandert sind. Kurz gesagt, diese enorme Vielfalt in ihrer Zusammensetzung können wir nur verstehen, wenn die Körper in verschiedenen Regionen des Sonnen­systems entstanden sind“, erklärt Josef Hanuš von der Karlsuniversität in Prag. Die Ergebnisse stützen insbesondere die Theorie, dass sich die Asteroiden mit der geringsten Dichte in den abgelegenen Regionen jenseits der Neptunbahn gebildet haben und zu ihrem heutigen Standort migrierten.

Diese Ergebnisse wurden dank der Empfind­lichkeit des SPHERE-Instruments – Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet Research – am VLT der ESO möglich. „Dank der verbesserten Fähig­keiten von SPHERE und der Tatsache, dass nur wenig über die Form der größten Asteroiden des Hauptgürtels bekannt war, konnten wir auf diesem Gebiet erhebliche Fort­schritte erzielen“, sagt Laurent Jorda, ebenfalls vom Laboratoire d'Astro­physique de Marseille.

Mit dem kommenden Extremely Large Telescope (ELT) der ESO, das derzeit in Chile gebaut wird und noch in diesem Jahrzehnt in Betrieb gehen soll, werden die Astro­nomen in der Lage sein, weitere Asteroiden im Detail zu beobachten. „ELT-Beobachtungen von Asteroiden des Hauptgürtels werden es uns ermöglichen, Objekte mit Durchmessern von bis zu 35 bis 80 Kilometern, je nach ihrer Lage im Gürtel, und Krater mit einer Größe von 10 bis 25 Kilo­metern zu untersuchen“, sagt Vernazza. „Ein SPHERE-ähnliches Instrument am ELT würde es uns sogar ermöglichen, eine ähnliche Auswahl von Objekten im fernen Kuipergürtel abzubilden. Das bedeutet, dass wir in der Lage sein werden, die geologische Geschichte einer viel größeren Anzahl von kleinen Körpern vom Erdboden aus zu charak­terisieren.“

MPIA / JOL

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