Przy pomocy Very Large Telescope (ESO) dwa zespoły astronomów obserwowały skutki kolizji amerykańskiej sondy kosmicznej Double Asteroid Redirection Test (DART) z asteroidą Dimorphos. Kontrolowany impakt był testem obrony planetarnej, ale dał także astronomom unikalną szansę na dowiedzenie się więcej o budowie planetoidy, na podstawie wyrzuconej z niej materii.
26 września 2022 r. sonda kosmiczna DART zderzyła się z planetoidą Dimorphos w ramach kontrolowanego testu naszych zdolności obrony przed asteroidami. Impakt nastąpił 11 milionów kilometrów od Ziemi, wystarczająco blisko, aby szczegółowo obserwować go wieloma teleskopami. Wszystkie cztery 8,2-metrowe teleskopy VLT w Chile dokonały obserwacji skutków impaktu, a pierwsze wyniki obserwacji z wykorzystaniem VLT zostały właśnie opublikowane w dwóch artykułach.
„Asteroidy to jedne z najbardziej pierwotnych reliktów tego, z czego powstały wszystkie planety i księżyce w Układzie Słonecznym” mówi Brian Murphy, doktorant na University of Edinburgh w Wielkiej Brytanii, współautor jednego z badań. Analiza obłok materii wyrzuconej po impakcie sondy DART może więc powiedzieć nam coś o tym, jak powstał Układ Słoneczny. „Zderzenia pomiędzy planetoidami zdarzają się w sposób naturalny, ale nigdy nie wiadomo z wyprzedzeniem, kiedy nastąpią” kontynuuje Cyrielle Opitom, astronom z University of Edinburgh, główna autorka jednej z prac. „DART to naprawdę wspaniała okazja do zbadania kontrolowanego impaktu, prawie jak w laboratorium”.
Ta seria zdjęć, wykonanych za pomocą instrumentu MUSE na VLT ESO, pokazuje ewolucję chmury gruzu, która została wyrzucona, gdy należąca do NASA sonda kosmiczna DART zderzyła się z asteroidą Dimorphos. Pierwsze zdjęcie zostało wykonane 26 września 2022 roku, tuż przed uderzeniem, a ostatnie prawie miesiąc później 25 października. W tym okresie rozwinęło się kilka struktur: kępy, spirale i długi ogon pyłu wypchniętego przez promieniowanie Słońca. Biała strzałka w każdym panelu oznacza kierunek Słońca. Dimorphos krąży wokół większej planetoidy o nazwie Didymos. Biały poziomy pasek odpowiada 500 kilometrom, ale asteroidy są oddalone od siebie tylko o 1 kilometr, więc nie można ich dostrzec na tych zdjęciach. Widoczne tu smugi tła są spowodowane pozornym ruchem gwiazd tła podczas obserwacji, gdy teleskop śledził parę asteroid.
Cyrielle Opitom i jej zespół śledzili ewolucję obłoku materii przez miesiąc przy pomocy instrumentu Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) na teleskopie VLT należącym do ESO. Stwierdzili, iż wyrzucony obłok był bardziej niebieski niż sama planetoida przed impaktem, co wskazuje, że obłok może składać się z bardzo małych cząstek. W kolejne godziny i dni po uderzeniu rozwinęły się też inne struktury: zgęszczenia, spirale i długi warkocz odpychany przez promieniowanie Słońca. Spirale i warkocz były bardziej czerwone niż początkowy obłok, a więc mogły być zbudowane z większych cząstek.
MUSE pozwolił zespołowi Opitom na rozszczepienie światła od obłoku tak jak tęczę i spojrzeć na chemiczne odciski palców różnych gazów. W szczególności badacze szukali tlenu i wody pochodzących z lodu odsłoniętego po impakcie. Ale nic nie znaleziono. „Nie uważa się, że planetoidy zawierają znaczące ilości lodu, zatem wykrycie jakiegokolwiek śladu wody byłoby prawdziwą niespodzianką” wyjaśnia Opitom. Szukano także śladów gazów pędnych sondy DART, ale nie znaleziono ich. „Wiedzieliśmy, że to jak strzał w dziesiątkę, ponieważ ilość gazu pozostała w zbiornikach systemu napędowego nie powinna być duża. Co więcej, część zapewne przemieściła się zbyt daleko, aby ją wykryć przy pomocy MUSE w czasie, gdy zaczęliśmy obserwacje.”
Inna grupa badawcza, którą kierował Stefano Bagnulo, astronom w Armagh Observatory and Planetarium w Wielkiej Brytanii, badała, jak uderzenie sondy DART wpłynęło na powierzchnię planetoidy.
„Gdy obserwujemy obiekty w Układzie Słonecznym, patrzymy na światło słoneczne, które jest rozproszone przez ich powierzchnie lub przez ich atmosfery, przez co staje się częściowo spolaryzowane” tłumaczy Bagnulo. Oznacza to, że fale świetlne oscylują wzdłuż preferowanego kierunku, a nie losowo. „Śledzenie, jak zmienia się polaryzacja wraz z orientacją planetoidy względem nam i Słońca, ujawnia strukturę i skład jej powierzchni.”
Ta animacja pokazuje jak zmieniła się polaryzacja światła słonecznego odbitego od asteroidy Dimorphos po uderzeniu w nią sondy kosmicznej NASA DART. Na początku filmu, niespolaryzowane światło słoneczne – reprezentowane przez niebieskie linie oscylujące w przypadkowych kierunkach – jest odbijane od powierzchni asteroidy. W ten sposób staje się ono spolaryzowane, a odbite fale oscylują teraz wzdłuż preferowanego kierunku. Wskaźnik na dole po prawej stronie pokazuje stopień polaryzacji odbitego światła słonecznego.
Uderzenie DART wyrzuciło chmurę gruzu, a po zderzeniu ilość polaryzacji spadła, co widać za pomocą instrumentu FORS2 na Bardzo Dużym Teleskopie ESO. Ten spadek polaryzacji może być spowodowany odsłonięciem bardziej dziewiczego materiału z wnętrza Dimorphosa lub wyrzuceniem małych cząstek powstałych podczas zderzenia.
Bagnulo i jego współpracownicy używali instrumentu FOcal Reducer/low dispersion Spectrograph 2 (FORS2) na VLT do monitorowania planetoidy i odkryli, że poziom polaryzacji gwałtownie spadł po uderzeniu. W tym samym czasie całkowita jasność systemu wzrosła. Możliwym wyjaśnieniem jest to, że impakt odsłonił bardziej pierwotny materiał z wnętrza asteroidy. „Być może wydobyty przez uderzenie materiał był jaśniejszy i mniej spolaryzowany niż ten znajdujący się na powierzchni, ponieważ nigdy nie był eksponowany na wiatr słoneczny i promieniowanie słoneczne” mówi Bagnulo.
Inną możliwością jest, że impakt zniszczył cząstki na powierzchni, wyrzucając znacznie mniejsze do obłoku. „Wiemy, że w pewnym warunkach mniejsze fragmenty efektywniej odbijają światło, a mniej skutecznie je polaryzują” wyjaśnia Zuri Gray, doktorant w Armagh Observatory and Planetarium.
