Das Sonnensystem ist gefüllt mit sogenannten Trojanischen Asteroiden – Objekten, die die Umlaufbahn eines Planeten oder eines größeren Mondes teilen. Während die bekanntesten Trojaner mit Jupiter (über 6000) kreisen, gibt es auch bekannte Trojaner, die innerhalb des Saturn-Mondsystems um Erde, Mars, Uranus , und sogar Neptun.
Bis vor kurzem ging man davon aus, dass Neptun 12 Trojaner hat. Doch dank einer neuen Studie eines internationalen Astronomenteams – geleitet von Hsing-Wen Lin von der National Central University in Taiwan – wurden fünf neue Neptun-Trojaner (NTs) identifiziert. Darüber hinaus werfen die neuen Entdeckungen einige interessante Fragen darüber auf, woher die Trojaner von Neptun kommen könnten.
Um ihres Studiums willen – mit dem Titel „ Die Pan-STARRS 1-Entdeckungen von fünf neuen Neptun-Trojanern „- das Team verließ sich auf Daten, die von der Panorama-Vermessungsteleskop und Schnellreaktionssystem (Pan-STARRS). Diese Weitfeld-Bildgebungseinrichtung – die vom Institut für Astronomie der Universität von Hawaii gegründet wurde – hat das letzte Jahrzehnt damit verbracht, das Sonnensystem nach Asteroiden, Kometen und Zentauren abzusuchen.
Das PS1-Teleskop im Morgengrauen, in der Ferne der Berg Mauna Kea. Bildnachweis: pan-starrs.ifa.hawaii.edu
Das Team verwendete Daten, die von der PS-1 Durchmusterung, die von 2010 bis 2014 lief und das erste Pan-STARR-Teleskop auf dem Mount Haleakala auf Hawaii nutzte. Dabei beobachteten sie sieben trojanische Asteroiden um Neptun, von denen fünf bisher unentdeckt waren. Vier der TNs wurden innerhalb des L4-Punkts von Neptun und einer innerhalb seines L5-Punkts beobachtet.
Die neu entdeckten Objekte haben Größen von 100 bis 200 Kilometern im Durchmesser, und im Fall der L4-Trojaner schloss das Team aus der Stabilität ihrer Umlaufbahnen, dass sie wahrscheinlich ursprünglicher Herkunft waren. In der Zwischenzeit war der einzelne L5-Trojaner instabiler als die anderen vier, was zu der Hypothese führte, dass es sich um eine neue Ergänzung handelte.
Wie Professor Lin Universe Today per E-Mail erklärte:
„Die 2 der 4 derzeit bekannten L5-Neptun-Trojaner, einschließlich des L5, den wir in dieser Arbeit gefunden haben, sind dynamisch instabil und sollten vorübergehend in der Trojaner-Cloud erfasst werden. Die bekannten L4-Neptun-Trojaner hingegen sind alle stabil. Bedeutet das, dass der L5 eine höhere Fraktion von temporär erbeuteten Trojanern hat? Es könnte sein, aber wir brauchen mehr Beweise.“
Darüber hinaus zeigten die Ergebnisse ihrer Simulationsuntersuchung, dass die neu entdeckten NTs unerwartete Bahnneigungen hatten. In früheren Erhebungen hatten NTs typischerweise hohe Neigungen von über 20 Grad. In der PS1-Untersuchung tat dies jedoch nur einer der neu entdeckten NTs, während die anderen durchschnittliche Neigungen von etwa 10 Grad aufwiesen.
Animation, die den Weg von sechs von Neptuns L4-Trojanern in einem rotierenden Frame mit einer Periode gleich der Umlaufzeit von Neptun zeigt. Quelle: Tony Dunn/Wikipedia Commons
Daraus, so Lin, leiteten sie zwei mögliche Erklärungen ab:
'Die L4 'Trojan Cloud' ist weit im Orbitalneigungsraum. Wenn es nicht so breit ist, wie wir zuvor dachten, können die beiden Beobachtungsergebnisse statistisch aus derselben intrinsischen Neigungsverteilung generiert werden. Die vorherige Studie schlug eine Neigungsbreite von >11 Grad vor, und höchstwahrscheinlich beträgt sie ~20 Grad. Unsere Studie schlug vor, dass es 7 bis 27 Grad betragen sollte, und am wahrscheinlichsten sind es ~ 10 Grad.“
„[Oder], die vorherigen Durchmusterungen wurden mit Teleskopen mit größerer Apertur verwendet und lichtschwächeres NT entdeckt, als wir es in PS1 gefunden haben. Wenn die schwächeren (kleineren) NTs eine breitere Neigungsverteilung haben als die größeren, was bedeutet, dass die kleineren NTs dynamisch „heißer“ sind als die größeren NTs, kann die Meinungsverschiedenheit erklärt werden.“
Laut Lin ist dieser Unterschied signifikant, da die Neigungsverteilung von NTs mit ihrem Entstehungsmechanismus und ihrer Umgebung zusammenhängt. Diejenigen mit geringer Bahnneigung könnten sich an Neptuns Lagrange Points gebildet haben und schließlich groß genug werden, um zu Trojanischen Asteroiden zu werden.
Illustration der Lagrange-Punkte Sonne-Erde. Bildnachweis: NASA
Andererseits würden weite Neigungen als Hinweis darauf dienen, dass die Trojaner in den Lagrange Points gefangen wurden, höchstwahrscheinlich während Neptuns Planetenwanderung, als er noch jung war. Und bei denen, die große Neigungen haben, könnte der Grad, in dem sie geneigt sind, anzeigen, wie und wo sie gefangen wurden.
„Wenn die Breite ~ 10 Grad beträgt“, sagte er, „können die Trojaner von einer dünnen (dynamisch kalten) Planetesimalscheibe eingefangen werden. Auf der anderen Seite, wenn die Trojaner-Wolke sehr breit ist (~ 20 Grad), müssen sie von einer dicken (dynamisch heißen) Festplatte erfasst werden. Daher gibt uns die Neigungsverteilung eine Vorstellung davon, wie das frühe Sonnensystem aussieht.“
In der Zwischenzeit hoffen Li und sein Forschungsteam, die Pan-STARR-Anlage nutzen zu können, um mehr NTs und Hunderte anderer Zentauren, Transneptunische Objekte (TNOs) und andere entfernte Objekte des Sonnensystems zu beobachten. Mit der Zeit hoffen sie, dass eine weitere Analyse anderer Trojaner Aufschluss darüber geben wird, ob es wirklich zwei Familien von Neptun-Trojanern gibt.
Möglich wurde dies alles dank der PS1-Umfrage. Im Gegensatz zu den meisten Deep Surveys, bei denen nur kleine Bereiche des Himmels beobachtet werden können, kann der PS1 den gesamten sichtbaren Himmel auf der Nordhalbkugel mit beträchtlicher Tiefe überwachen. Aus diesem Grund soll es Astronomen helfen, Objekte zu entdecken, die uns viel über die Geschichte des frühen Sonnensystems lehren könnten.
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