Een team onderzoekers heeft met behulp van gegevens van het W. M. Keck Observatory op Maunakea, Hawaï, en NASA's Hubble ruimtetelescoop een waarschijnlijk stabiel trio van ijzige ruimterotsen ontdekt in de Kuipergordel van het zonnestelsel. Als het wordt bevestigd als het tweede dergelijke drielichamensysteem dat in de regio is gevonden, suggereert het 148780 Altjira-systeem dat er soortgelijke drielichamen op ontdekking wachten, wat een bepaalde theorie over de geschiedenis van ons zonnestelsel en de vorming van Kuipergordelobjecten (KBO's) zou ondersteunen. Het onderzoek, geleid door de Brigham Young University, is vandaag gepubliceerd in het tijdschrift The Planetary Science Journal.
“Het universum is gevuld met een reeks drielichamensystemen, waaronder de sterren die het dichtst bij de aarde staan, het Alpha Centauri-stersysteem, en we hebben ontdekt dat de Kuipergordel hierop geen uitzondering vormt,” aldus hoofdauteur Maia Nelsen, afgestudeerd in natuurkunde en sterrenkunde aan de Brigham Young University in Provo, Utah. KBO's, bekend sinds 1992, zijn primitieve ijzige overblijfselen van het vroege zonnestelsel voorbij de baan van Neptunus. Tot nu toe zijn er meer dan 3000 KBO's gecatalogiseerd en wetenschappers schatten dat er nog enkele honderdduizenden kunnen zijn met een diameter van meer dan 10 mijl. De grootste KBO is dwergplaneet Pluto. Het team gebruikte een reeks gegevens van de NIRC2 smalveld-infraroodcamera van Keck Observatory tussen 2006 en 2020 om Altjira in verschillende configuraties te modelleren. “Deze ontdekking is wetenschappelijk fascinerend omdat we geen onderscheid weten te maken tussen verschillende modellen over hoe dit deel van het zonnestelsel is gevormd, en het bestaan van drievoudige systemen helpt om één model uit te sluiten,” zegt John O'Meara, hoofdwetenschapper en adjunct-directeur van Keck Observatory. “Met AO kunnen we de hemel net zo scherp in de gaten houden als een ruimtetelescoop, als aanvulling op de sterke punten van Hubble.”
De Hubble-bevinding is een cruciale ondersteuning voor een theorie over de vorming van KBO's, waarin drie kleine rotsachtige lichamen niet het resultaat zouden zijn van botsingen in een drukke Kuipergordel, maar in plaats daarvan als trio ontstaan uit de zwaartekrachtinstorting van materie in de materieschijf rond de nieuw gevormde zon, zo'n 4,5 miljard jaar geleden. Het is bekend dat sterren ontstaan door zwaartekrachtinstorting van gas, meestal als paren of drieën, maar het idee dat kosmische objecten zoals die in de Kuipergordel op een vergelijkbare manier ontstaan, wordt nog onderzocht. Het Altjira-systeem bevindt zich in de uithoeken van het zonnestelsel, op 3,7 miljard mijl afstand, oftewel 44 keer de afstand tussen de aarde en de zon. Op Hubble-beelden zijn twee KBO's te zien die ongeveer 7.600 kilometer van elkaar verwijderd zijn. Onderzoekers zeggen echter dat herhaalde waarnemingen van de unieke co-orbitale beweging van de objecten erop wijzen dat het binnenste object eigenlijk twee lichamen zijn die zo dicht bij elkaar liggen dat ze op zo'n grote afstand niet te onderscheiden zijn.
“Met objecten die zo klein en ver weg zijn, is de afstand tussen de twee binnenste leden van het systeem een fractie van een pixel op de camera van Hubble, dus je moet niet-beeldvormende methoden gebruiken om te ontdekken dat het een drievoud is”, aldus Nelsen. Dat is waar de unieke mogelijkheden van Keck Observatory om de hoek komen kijken. “Keck Observatory is de enige telescoop op de grond die observaties van voldoende hoge kwaliteit van Altjira kon doen voor onze studie. Al onze andere waarnemingen waren afkomstig van HST, maar die alleen waren niet voldoende als basis voor onze modellen”, aldus Nelsen. “De extra punten van Keck Observatory zorgden voor een beter en statistisch robuuster resultaat dat meer geloofwaardigheid geeft aan de kracht van de hiërarchische drievoudige oriëntatie van Altjira.
“In dit geval zorgde de 10-meter spiegel, in combinatie met het adaptieve optieksysteem van de lasergeleiderster, voor kleine schalen aan de hemel, wat je nodig hebt om dit soort werk te doen,” voegde O'Meara eraan toe. Om dit onderzoek uit te voeren, verzamelden de wetenschappers 17 jaar lang gegevens van Keck Observatory en Hubble, waarbij ze de baan van het buitenste object van het Altjira-systeem volgden. “In de loop van de tijd zagen we de oriëntatie van de baan van het buitenste object veranderen, wat erop wees dat het binnenste object ofwel erg langgerekt was ofwel eigenlijk twee afzonderlijke objecten was,” aldus Darin Ragozzine, ook van de Brigham Young University, co-auteur van het Altjira-onderzoek. Op dit moment zijn er ongeveer 40 binaire objecten geïdentificeerd in de Kuipergordel. Nu twee van deze systemen waarschijnlijk drievoudig zijn, is het volgens de onderzoekers waarschijnlijker dat ze niet naar een buitenbeentje kijken, maar naar een populatie van drielichamensystemen die door dezelfde omstandigheden zijn gevormd. Het opbouwen van dat bewijs kost echter tijd en herhaalde waarnemingen.
De enige Kuipergordelobjecten die in detail zijn onderzocht, zijn Pluto en het kleinere object Arrokoth, dat NASA's New Horizons-missie respectievelijk in 2015 en 2019 bezocht. New Horizons toonde aan dat Arrokoth een contact binary is, wat voor KBO's betekent dat twee objecten die steeds dichter naar elkaar toe zijn geschoven elkaar nu raken en/of zijn samengesmolten, vaak resulterend in een pindavorm. Ragozzine beschrijft Altjira als een “neef” van Arrokoth, een lid van dezelfde groep Kuipergordelobjecten. Ze schatten echter dat Altjira 10 keer groter is dan Arrokoth, met een breedte van 200 kilometer. Hoewel er geen missie gepland is om langs Altjira te vliegen om details van Arrokoth te krijgen, zei Nelsen dat er een andere kans op komst is om het intrigerende systeem verder te bestuderen. “Altjira is een verduisteringsseizoen ingegaan, waarbij het buitenste lichaam voor het centrale lichaam langs gaat. Dit zal de komende tien jaar duren, waardoor wetenschappers een geweldige kans hebben om er meer over te leren,” zei Nelsen. NASA's James Webb ruimtetelescoop doet ook mee aan de studie van Altjira door te controleren of de componenten er hetzelfde uitzien tijdens de komende Cyclus 3 observaties.
Wat is NIRC2?
De Near-Infrared Camera, second generation (NIRC2) werkt in combinatie met het Keck II adaptieve optieksysteem om zeer scherpe beelden te verkrijgen bij nabij-infrarode golflengten, waardoor ruimtelijke resoluties worden bereikt die vergelijkbaar zijn met of beter zijn dan die van de Hubble ruimtetelescoop bij optische golflengten. NIRC2 is waarschijnlijk het bekendst vanwege zijn bijdrage aan het definitieve bewijs van een centraal massief zwart gat in het centrum van ons melkwegstelsel. Astronomen gebruiken NIRC2 ook om oppervlaktekenmerken van lichamen in het zonnestelsel in kaart te brengen, planeten op te sporen die rond andere sterren draaien en de gedetailleerde morfologie van verre sterrenstelsels te bestuderen.
Bron: W. M. Keck Observatory
