‘Kleopatra is echt een uniek object binnen ons zonnestelsel,’ zegt Franck Marchis. Hij had de leiding had over het onderzoek van de planetoïde en haar manen, waarvan de resultaten vandaag in Astronomy & Astrophysics worden gepubliceerd. Marchis, astronoom aan het SETI Institute in Mountain View, VS en aan het Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, Frankrijk: ‘De wetenschap boekt veel vooruitgang dankzij onderzoek van vreemde buitenbeentjes zoals Kleopatra. Dankzij dit complexe meervoudige planetoïdenstelsel kunnen we meer te weten komen over ons zonnestelsel.’ Kleopatra draait in de planetoïdengordel tussen de planeten Mars en Jupiter om de zon. Astronomen hebben haar de bijnaam ‘hondenkluif’-planetoïde gegeven nadat radarwaarnemingen ongeveer twintig jaar geleden lieten zien dat zij uit twee lobben bestaat die door een dikke ‘hals’ met elkaar verbonden zijn. In 2008 ontdekten Marchis en zijn collega’s dat om Kleopatra twee manen cirkelen, die AlexHelios en CleoSelene heten, naar de kinderen van de beroemde Egyptische koningin.
Om meer over Kleopatra te weten te komen, gebruikten Marchis en zijn team snapshots van de planetoïde die tussen 2017 en 2019 op verschillende momenten zijn genomen met het Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (SPHERE) instrument van ESO’s VLT. Omdat de planetoïde draaide, konden ze haar vanuit verschillende hoeken bekijken en de tot nu toe meest nauwkeurige 3D-modellen van haar vorm maken. Daarbij hebben de astronomen ontdekt dat de ene lob groter is dan de andere, en dat de lengte van de planetoïde circa 270 kilometer bedraagt – ruwweg de afstand Maastricht-Groningen.
Bij een tweede onderzoek, eveneens gepubliceerd in Astronomy & Astrophysics, heeft een team onder leiding van Miroslav Brož van de Karelsuniversiteit in Praag, Tsjechië, de SPHERE-waarnemingen gebruikt om de juiste omloopbanen van Kleopatra’s beide manen vast te stellen. Bij eerdere onderzoeken waren deze banen al ruw bepaald, maar de nieuwe waarnemingen met ESO’s VLT lieten zien dat de manen zich niet bevonden waar de oudere gegevens voorspelden dat ze zouden staan. ‘Dit moest worden opgelost,’ zegt Brož. ‘Want als de banen van de manen fout waren, was alles fout, inclusief de massa van Kleopatra.’ Dankzij de nieuwe waarnemingen en geavanceerde modelleringen is het team erin geslaagd om nauwkeurig te beschrijven hoe Kleopatra’s zwaartekracht de bewegingen van haar manen beïnvloedt en om de complexe omloopbanen van AlexHelios en CleoSelene te bepalen. Dit stelde hen in staat om de massa van de planetoïde te berekenen. Die bleek 35% lager dan eerdere schattingen aangaven.
Door de nieuwe schattingen voor volume en massa met elkaar te combineren, konden de astronomen een nieuwe waarde voor de dichtheid van de planetoïde berekenen. Die blijkt minder dan de helft van de dichtheid van ijzer te zijn – ook lager dan gedacht [1]. De lage dichtheid van Kleopatra, waarvan aangenomen wordt dat zij voor een relatief groot deel uit metalen bestaat, doet vermoeden dat zij poreus van structuur is en mogelijk niet veel meer is dan een losse samenklontering van puin. Dit betekent dat zij waarschijnlijk is ontstaan uit materiaal dat zich na een reusachtige inslag heeft opgehoopt.
Kleopatra’s puinhoopstructuur en de manier waarop zij roteert, leveren ook aanwijzingen op over hoe haar twee manen kunnen zijn gevormd. De planetoïde roteert met bijna kritische snelheid – de snelheid waarboven zij uit elkaar zou beginnen te vallen – en zelfs bij kleine inslagen kunnen steentjes van haar oppervlak ontsnappen. Marchis en zijn team denken dat AlexHelios en CleoSelene uit dit ontsnappende materiaal kunnen zijn gevormd, wat zou betekenen dat Kleopatra ook echt haar eigen manen heeft voortgebracht.
De nieuwe beelden van Kleopatra en de inzichten die ze opleveren, zijn volledig te danken aan een van de geavanceerde adaptive optics systemen waar ESO’s VLT, die in de Chileense Atacama-woestijn staat opgesteld, gebruik van maakt. Adaptieve optiek corrigeert de beeldvervormingen, veroorzaakt door de atmosfeer van de aarde, die ervoor zorgen dat objecten wazig lijken – hetzelfde effect dat sterren vanaf de aarde gezien doet twinkelen. Dankzij deze correcties kon SPHERE Kleopatra – die nooit dichterbij komt dan 200 miljoen kilometer – in beeld brengen, ondanks dat haar schijnbare grootte aan de hemel vergelijkbaar is met die van een golfbal op ongeveer veertig kilometer afstand.
ESO’s toekomstige Extremely Large Telescope (ELT), met zijn geavanceerde adaptieve optische systemen, zal ideaal zijn om opnamen te maken van verre planetoïden zoals Kleopatra. ‘Ik kan niet wachten om de ELT op Kleopatra te richten, om te zien of er nog meer manen zijn, en hun banen te verfijnen om kleine veranderingen op te sporen,’ voegt Marchis toe.
Noten
[1] De opnieuw berekende dichtheid bedraagt 3,4 gram per kubieke centimeter, terwijl eerder werd aangenomen dat Kleopatra een gemiddelde dichtheid van ongeveer 4,5 gram per kubieke dichtheid zou hebben.
Bron: ESO
