Один оборот за 4,18 минуты. Именно такой период вращения получили для астероида 491384 по данным обсерватории имени Веры Рубин. Его номинальный диаметр оценили примерно в 2,53 километра. Для обычной рыхлой груды каменных обломков, удерживаемых в основном собственной гравитацией, это слишком быстро: центробежное действие должно было бы разорвать такое тело.

Результат опубликован пока только в препринте. Дмитрий Вавилов, Зигфрид Эггл и Сара Гринстрит применили новый автоматизированный метод к фотометрии 9417 астероидов из каталога Rubin Data Preview 2. После фильтров надёжности авторы выделили 66 кандидатов, вращающихся быстрее классического барьера в 2,2 часа. У двух объектов периоды оказались необычно короткими: 4,18 минуты у 491384 и 5,34 минуты у 566130.

Здесь нужна важная поправка к формулировке «два астероида больше двух километров». В таблице препринта номинальный диаметр 566130 равен 1,99 километра. Для 491384 авторы приводят оценку от 2,11 до 2,85 километра. Поэтому строго по основной таблице только первый объект номинально уверенно превышает двухкилометровую границу, а второй находится рядом с ней. Оба результата остаются модельными оценками из работы, которая ещё не прошла журнальное рецензирование.

Почему быстрое вращение важно для модели «груды обломков»

Многие астероиды крупнее примерно 150 метров считают не цельными каменными блоками, а грудами обломков. Их фрагменты могут быть слабо связаны гравитацией и почти не сопротивляться растяжению. При вращении тело стремится разойтись наружу: чем короче период, тем сильнее этот эффект.

Наблюдаемое распределение периодов вращения показывает резкую границу около 2,2 часа. В препринте авторы формулируют её так: гравитационно связанная «груда обломков» с пренебрежимо малой прочностью на растяжение должна разрушаться при более быстром вращении. Это и называют барьером вращения.

Объект за пять минут не вписывается в такую простую картину. Но из этого не следует, что он обязательно является монолитным камнем. Возможны как минимум два объяснения:

  • астероид представляет собой цельное или почти цельное тело;
  • обломки остаются рыхлыми, но дополнительно сцеплены между собой силами на уровне отдельных зёрен.

Второй вариант называют когезией. Для него не требуется, чтобы весь астероид был одним куском: достаточно, чтобы межзёренное сцепление добавляло устойчивости к вращательному разрушению.

Для 491384 авторы оценили необходимую когезионную прочность примерно в 2,3 мегапаскаля. Для 566130 получилось около 0,9 мегапаскаля. Это не измерения образцов астероидного вещества. Значения рассчитаны по модели, в которой заданы плотность 1700 кг/м³, вытянутая форма тела, оценённый размер и угол внутреннего трения.

Именно здесь проходит граница между результатом наблюдения и интерпретацией. Наблюдение даёт период изменения блеска. Расчёт показывает, какая прочность понадобилась бы телу при принятых параметрах, чтобы не разрушиться. Внутреннюю структуру непосредственно не измеряли.

Как из блеска получают минуты вращения

Астероид не обязан светиться равномерно. Неровная форма, вытянутость и меняющаяся видимая площадь поверхности делают его блеск переменным. Когда тело вращается, телескоп фиксирует последовательность таких изменений, световую кривую. По её повторяемости можно оценить период вращения.

Но наблюдения с широкого обзора приходят не непрерывной плёнкой. Между измерениями есть паузы, а интервалы могут быть неравными. В такой записи ложный период иногда выглядит убедительнее настоящего. Источник ошибки может быть связан с суточным ритмом наблюдений, гармоникой реального периода или случайным шумом.

Авторы изменили способ анализа в одном из важных мест: порядок ряда Фурье выбирается отдельно для каждого астероида. Модель сравнивает возможные частоты статистическими тестами, отбрасывает выбросы и оценивает, насколько равномерно измерения покрывают фазу вращения. Если одна частота не побеждает альтернативы достаточно уверенно, система сохраняет несколько вариантов и рассчитывает их относительную правдоподобность.

Из 9417 объектов с минимум 80 фотометрическими измерениями базовый фильтр надёжности прошёл 1221. В итоговую группу вошли 66 кандидатов с периодом меньше 2,2 часа. Без фильтров алгоритм находил 1487 номинально быстрых объектов, а 899 решений давали период меньше пяти минут. Авторы считают, что большая часть таких решений возникла из-за гармоник, суточных псевдонимов, шума или недостаточного покрытия световой кривой.

Это число хорошо показывает, почему одного найденного минимума периодограммы недостаточно. Для крупного обзора автоматическая процедура должна не только подобрать красивую кривую, но и сообщить, насколько результат устойчив к другим объяснениям.

Проверка на объекте 676624

Показательный пример в работе связан с астероидом 676624. В данных Рубина для него сохранялись несколько периодов, связанных с гармониками световой кривой. После добавления наблюдений телескопов Pan-STARRS альтернативы исчезли, а период около 6,78 минуты сохранился.

Это полезная демонстрация проверки, но не автоматическое подтверждение периодов 491384 и 566130. У 676624 появились дополнительные измерения на более длинной временной базе, и они помогли отличить повторяющийся сигнал от гармонической неоднозначности. Для двух самых крупных объектов нужна такая же независимая проверка, а не перенос уверенности с одного астероида на другой.

В этом смысле исследование хорошо согласуется с общим принципом воспроизводимости: результат становится убедительнее, когда новые наблюдения, полученные другим инструментом или в другое время, складываются в ту же световую кривую. Подробнее о проверке воспроизводимости исследования можно прочитать в отдельном материале.

Размер астероида тоже не измерен напрямую

Диаметр в этой работе вывели из абсолютной яркости и предполагаемого альбедо, то есть доли света, отражаемой поверхностью. Альбедо оценивали по спектральному классу, который, в свою очередь, определяли по цветам объекта.

Тёмное тело и светлое тело одинаковой видимой яркости могут иметь разные размеры. Поэтому выбор альбедо сильно влияет на результат. Авторы указывают, что переход между тёмной и светлой шкалами может дать примерно двукратное различие в диаметре.

Для 491384 номинальная оценка составляет 2,53 километра, а диапазон, приведённый в препринте, равен 2,11–2,85 километра. Для 566130 указано 1,99 километра. Следовательно, утверждение о двух телах строго больше двух километров нельзя повторять без оговорки. Неопределённость размеров не отменяет коротких периодов, но влияет на расчёт прочности и на сравнение с другими астероидами.

Кто мог раскрутить эти тела

Период вращения показывает, насколько быстро астероид вращается сейчас. Он не сообщает сам по себе, когда и почему тело получило такой импульс.

Один из возможных механизмов называют эффектом Ярковского, О’Кифа, Радзиевского и Пэддака, или YORP. Поверхность астероида поглощает солнечный свет, нагревается и затем излучает тепло. Если излучение распределено несимметрично, оно создаёт слабый момент силы. За длительное время этот момент способен ускорять или замедлять вращение.

Для 491384 и 566130 YORP остаётся гипотезой. В комментарии для New Scientist Вавилов отметил, что применимость этого механизма к объектам, находящимся далеко от Солнца, остаётся неясной. В препринте также нет прямого свидетельства конкретного столкновения или другого события, которое раскрутило бы именно эти два астероида.

Продолжение обзора Рубина должно увеличить число известных быстрых ротаторов. Тогда можно будет сравнивать их периоды, размеры, цвета, орбиты и формы световых кривых с моделями столкновительной эволюции и действием YORP. Такая статистика поможет сопоставить возможные механизмы, но не установит задним числом происхождение вращения каждого отдельного тела.

Что сможет проверить результат

Ближайшая проверка вполне конкретна. Нужны независимые фотометрические наблюдения, более длинная временная база и повторный анализ световой кривой. Если данные снова воспроизведут период 4,18 минуты для 491384 и 5,34 минуты для 566130, уверенность в самих периодах возрастёт. Если новая база обнаружит другую периодичность, исходную оценку придётся пересматривать.

После подтверждения периодов останется второй вопрос: достаточно ли выбранной модели прочности. Для этого потребуются более точные оценки размеров, формы, альбедо и плотности. Одного фотометрического периода недостаточно, чтобы различить монолитный астероид и рыхлое тело с межзёренной когезией.

Поэтому нынешний вывод уже значим, но он узкий. Для 491384 и 566130 простая модель бескогезионной груды обломков не объясняет наблюдаемое вращение. Она должна быть дополнена прочностью материала или заменена моделью более цельного тела. Как именно устроены эти астероиды и что придало им такой импульс, новые наблюдения ещё должны установить.

Источники

Схема показывает, как по изменениям яркости оценивают период вращения астероида, сравнивают его с пределом для гравитационно связанной груды обломков и рассчитывают необходимую внутреннюю когезию; размер и прочность остаются модельными оценками.

Фото: nox_box / Pixabay