Die ungewöhnlichen Formen der winzigen Asteroiden Dimorphos und Selam haben Astronomen jahrelang verwirrt, doch eine neue Studie erklärt endlich, warum sie so seltsam wurden. Es deutet auch darauf hin, dass diese bizarr geformten „Mondchen“ häufiger vorkommen könnten, als Wissenschaftler dachten.
Binäre Asteroiden – Asteroidenpaare, die im Wesentlichen Miniversionen des Erde-Mond-Systems sind – kommen in unserer kosmischen Nachbarschaft ziemlich häufig vor. Dazu gehört das Duo Didymos-Dimorphos, das die NASA-Mission Double Asteroid Redirection Test (DART) 2022 leitete. Frühere Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass sich solche binären Asteroiden bilden, wenn ein „Mutter“-Asteroid aus Trümmerhaufen – der aus lose zusammengehaltenen Steinen besteht – sich so schnell dreht, dass er einen Teil seiner Masse abgibt, der zum zweiten, kleineren Satelliten oder „Mond“-Asteroiden verschmilzt.
Die meisten Mond-Asteroiden sehen aus wie aufrechte Fußbälle mit stumpfen Enden, wenn sie ihre typischerweise kreiselförmigen Eltern umkreisen; Solche Moonlets werden als „prolatiert“ beschrieben. Aber einige haben seltsamere Formen. Nehmen Sie Dimorphos – das heißt, bevor DART es beeinflusste. Es war ein „abgeflachter Sphäroid“ – eine Kugel, die an ihren Polen zusammengequetscht wurde und sich entlang ihrer Taille erstreckte, wie eine Wassermelone. Und der winzige Selam, der kürzlich entdeckte Satellit des Asteroiden Dinkinesh (auch bekannt als „Dinky“), ist noch eigenartiger und besteht aus zwei verbundenen Felskugeln.
Die seltsamen Formen der Mondmonde haben Astronomen verwirrt, darunter John Wimarsson, Doktorand an der Universität Bern in der Schweiz und Hauptautor der neuen Studie. „Wir haben noch nie solche Asteroidensatelliten gesehen und sie können nicht direkt durch traditionelle binäre Asteroidenbildungsmodelle erklärt werden“, sagte er per E-Mail gegenüber WordsSideKick.com.
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Um die seltsamen Formen der Asteroiden zu verstehen, entwickelten Wimarsson und seine Kollegen – von europäischen und amerikanischen Universitäten – zwei Sätze detaillierter Computermodelle. Der erste Satz simulierte, wie sich die Formen der Mutter-Asteroiden ändern würden, wenn sie sich schnell drehen und Trümmer herausschleudern. Der zweite Satz ging davon aus, dass die Trümmer eine donutförmige Zone – die sogenannte Trümmerscheibe – um den Mutter-Asteroiden bildeten. Die Algorithmen verfolgten dann die Bewegung aller Fragmente, während sie der Schwerkraftwirkung voneinander und von ihrem Elternteil ausgesetzt waren und kollidierten, um Aggregate zu bilden. Die Forscher betrachteten auch zwei Arten von Eltern-Asteroiden, die in Größe und Dichte den Gummienten Ryugu und Didymos ähneln.
Die am 20. Juli online in der Fachzeitschrift Icarus veröffentlichten Ergebnisse zeigten, dass es zwei Hauptfaktoren gibt, die die endgültige Form eines Mond-Asteroiden bestimmen: die Gravitationskraft, die der Mutter-Asteroid ausübt, und die Art der Kollisionen, die der Mond-Asteroid mit anderen felsigen Objekten in der Trümmerscheibe erleidet .
Allerdings bestimmen andere Parameter, welcher dieser Faktoren eine größere Rolle spielt. Ein Parameter ist die Dichte des Mutterasteroiden. Dichtere Asteroiden wie Didymos rotieren schneller als leichtere, Ryugu-ähnliche Asteroiden und erzeugen breitere Trümmerscheiben, die wiederum dazu führen, dass sich Monde weiter vom Mutterstern entfernt bilden.
Die Forscher fanden heraus, dass Satelliten, die einen bestimmten Abstand zum Elternteil bilden, normalerweise eine gestreckte Form annehmen. In dieser Entfernung, die Roche-Grenze genannt wird, gleicht die Schwerkraft des Elternteils die innere Kraft des Mond-Asteroiden aus und behält die Form des Mond-Asteroiden bei, während er durch Kollision und Verschmelzung mit anderen Trümmern langsam wächst.
Andererseits nehmen Moonlet-Asteroiden, die sich jenseits der Roche-Grenze bilden, abgeflachte Formen an, weil sie außerhalb der Gravitationswirkung des Mutter-Asteroiden liegen. Wenn sie mit anderen, mitumlaufenden Gesteinsschutt kollidieren, wachsen sie gleichmäßiger als ihre länglichen Gegenstücke. Dennoch entstehen die meisten abgeflachten Asteroiden weit unterhalb der Roche-Grenze; Wenn sie zu nah sind, werden die kleinen Monde durch die Schwerkraft des Mutter-Asteroiden auseinandergerissen, wodurch sie ihre längliche Form verlieren. Es ist wahrscheinlicher, dass solche Kleinstmonde nach der Kollision mit anderen Vorläufermonden zu abgeflachten Sphäroiden geformt werden.
Der Winkel, in dem zwei Vorläufermonde kollidieren, ist ebenfalls wichtig für die Bestimmung der endgültigen Form. Wenn die beiden Asteroiden Seite an Seite kollidieren, so dass sie sich entlang ihrer kurzen Achsen ausrichten, ist die resultierende Form laut Wimarsson eher abgeflacht. „Wenn wir sie andererseits Kante an Kante verschmelzen würden, sodass ihre längsten Achsen ausgerichtet sind, entsteht ein zweilappiges (zweilappiges) Objekt“, ähnlich dem Mondchen Selam, fügte er hinzu.
Die Erkenntnisse des Teams gehen über die Bereitstellung von Rezepten für die Formen von Dimorphos und Selam hinaus. Angesichts der Tatsache, dass fast die Hälfte ihrer Simulationen ungewöhnlich geformte Asteroiden erzeugten, glauben die Forscher, dass solche Kuriositäten häufiger vorkommen könnten als bisher angenommen. Aber weil die Technologie, die heute zur Untersuchung von Asteroiden verwendet wird, darauf ausgerichtet ist, abgeplattete Asteroiden zu entdecken, werden sie oft übersehen.
