Precis som stenblock, klippor och småsten som ligger utspridda i ett landskap finns asteroider i en mängd olika storlekar. Det är svårt att katalogisera asteroider i rymden eftersom de är ljussvaga och inte stannar upp för att fotograferas när de rör sig i sina banor runt solen.
Astronomer använde nyligen en mängd arkiverade bilder tagna av NASA:s rymdteleskop Hubble för att visuellt fånga en i stort sett osedd population av mindre asteroider i deras spår. Skattjakten krävde genomgång av 37 000 Hubble-bilder från en 19-årsperiod. Resultatet blev 1 701 asteroidspår, varav 1 031 av asteroiderna var okatalogiserade sedan tidigare. Cirka 400 av dessa okatalogiserade asteroider är mindre än 1 kilometer i storlek.
Frivilliga från hela världen, så kallade ”medborgarforskare”, bidrog till identifieringen av denna asteroidskörd. Professionella forskare kombinerade volontärernas insatser med en maskininlärningsalgoritm för att identifiera asteroiderna. Detta är en ny metod för att hitta asteroider i astronomiska arkiv som sträcker sig över årtionden, som kan tillämpas effektivt på andra datamängder, säger forskarna.
”Vi börjar få en djupare inblick i den mindre populationen av asteroider i huvudbältet. Vi blev förvånade över att se ett så stort antal kandidatobjekt”, säger huvudförfattaren Pablo García Martín vid Autonomous University of Madrid, Spanien. ”Det fanns vissa antydningar om att denna population existerar, men nu bekräftar vi det med ett slumpmässigt urval av asteroidpopulationen som erhållits med hjälp av hela Hubble-arkivet. Detta är viktigt för att ge insikter i de evolutionära modellerna för vårt solsystem.”
Det stora, slumpmässiga urvalet ger nya insikter om bildandet och utvecklingen av asteroidbältet. Om man hittar många små asteroider talar det för att de är fragment av större asteroider som har kolliderat och gått sönder, som krossad keramik. Detta är en nedmalningsprocess som sträcker sig över miljarder år.
En alternativ teori för existensen av mindre fragment är att de bildades på detta sätt för miljarder år sedan. Men det finns ingen tänkbar mekanism som skulle kunna hindra dem från att bli större när de klumpade ihop stoft från den planetbildande cirkumstellära skivan runt vår sol. ”Kollisioner skulle ha en viss signatur som vi kan använda för att testa den nuvarande populationen i huvudbältet”, säger medförfattaren Bruno Merín vid European Space Astronomy Centre i Madrid, Spanien.
Detta diagram är baserat på arkivdata från rymdteleskopet Hubble som användes för att identifiera en i stort sett osedd population av mycket små asteroider i deras spår. Asteroiderna var inte de avsedda målen, utan fotobombade istället bakgrundsstjärnor och galaxer i Hubble-bilder. Den omfattande skattjakten krävde genomgång av 37 000 Hubble-bilder från 19 år. Detta gjordes med hjälp av frivilliga ”medborgarforskare” och algoritmer för artificiell intelligens. Utdelningen var att man hittade 1 701 asteroidspår av tidigare oupptäckta asteroider. Kredit: Pablo García Martín (UAM), Elizabeth Wheatley (STScI)
Amatörastronomer lär AI att hitta asteroider
På grund av Hubbles snabba bana runt jorden kan den fånga vandrande asteroider genom deras tydliga spår i Hubble-exponeringarna. En asteroid som ses från ett jordbaserat teleskop lämnar ett streck över bilden. Asteroider ”fotobombar” Hubble-exponeringar genom att synas som omisskännliga, böjda spår i Hubble-fotografier.
När Hubble rör sig runt jorden ändrar den sin synvinkel samtidigt som den observerar en asteroid, som också rör sig längs sin egen bana. Genom att känna till Hubbles position under observationen och mäta streckens krökning kan forskarna bestämma avståndet till asteroiderna och uppskatta formen på deras omloppsbanor.
De asteroider som fångats upp befinner sig mestadels i huvudbältet, som ligger mellan Mars och Jupiters banor. Deras ljusstyrka mäts av Hubbles känsliga kameror. Genom att jämföra deras ljusstyrka med deras avstånd kan man göra en storleksuppskattning. De svagaste asteroiderna i undersökningen är ungefär en fyrtiomiljondel så ljusstarka som den svagaste stjärnan som det mänskliga ögat kan se.
”Asteroidernas positioner förändras med tiden, och därför kan man inte hitta dem bara genom att ange koordinater, eftersom de vid olika tidpunkter kanske inte finns där”, säger Merín. ”Som astronomer har vi inte tid att gå igenom alla bilder på asteroider. Så vi fick idén att samarbeta med över 10 000 frivilliga medborgarforskare för att gå igenom de enorma Hubble-arkiven.”
År 2019 lanserade en internationell grupp astronomer Hubble Asteroid Hunter, ett medborgarforskningsprojekt för att identifiera asteroider i Hubble-arkivdata. Initiativet utvecklades av forskare och ingenjörer vid European Science and Technology Centre (ESTEC) och European Space Astronomy Centres vetenskapliga datacenter (ESDC), i samarbete med Zooniverse-plattformen, världens största och mest populära medborgarvetenskapliga plattform, och Google.
Totalt 11 482 frivilliga medborgarforskare, som bidrog med nästan 2 miljoner identifikationer, fick sedan en träningsuppsättning för en automatiserad algoritm för att identifiera asteroider baserad på artificiell intelligens. Denna banbrytande metod kan tillämpas effektivt på andra datamängder.
Projektet kommer härnäst att utforska tidigare okända asteroider för att karakterisera deras banor och studera deras egenskaper, t.ex. rotationsperioder. Eftersom de flesta av dessa asteroidstrimmor fångades av Hubble för många år sedan är det inte möjligt att följa upp dem nu för att bestämma deras omloppsbanor.
Resultaten publiceras i tidskriften Astronomy & Astrophysics.
Ytterligare information: Pablo García-Martín et al, Hubble Asteroid Hunter, Astronomy & Astrophysics (2024). DOI: 10.1051/0004-6361/202346771
