Астероиды, небольшие скалистые или металлические объекты, которые в основном вращаются по орбите в зоне между Марсом и Юпитером (то есть в главном поясе астероидов или MAB), после своего образования непрерывно сталкиваются друг с другом. Так называемое «катастрофическое столкновение», когда объекты внезапно сталкиваются друг с другом с большой силой и получают значительные повреждения, изменяет астероиды, фрагменты которых становятся новорожденными астероидами.
Эволюция столкновений относится к изменениям размера и количества астероидов по мере того, как столкновения повторяются с течением времени. Астероиды определенного размера уменьшаются, потому что объекты с более крупными телами могут фрагментироваться после катастрофических столкновений. Основным фактором, контролирующим баланс между увеличением и уменьшением размера и количества астероидов в результате непрерывных столкновений, является прочность материала астероида против ударов. Сила астероидов диаметром более 100 метров увеличивается с увеличением размера, потому что гравитация удерживает вместе такие более крупные объекты в процессе, называемом «гравитационная связь».
Распределение населения астероидов зависит от того, насколько увеличивается их сила против столкновения с их размером. Следовательно, измерения распределения их населения указывают на свойства силы астероидов и предоставляют информацию, необходимую для исследования истории столкновений пояса астероидов.Предыдущие наблюдения за распределением населения астероидов предоставляют данные для моделирования их эволюции при столкновениях. Однако астрономы очень мало знают о ранней эволюции столкновений в главном поясе астероидов, потому что новорожденный Юпитер разбросал орбиты астероидов и увеличил их относительные скорости, так что они сталкивались друг с другом гораздо быстрее, чем в настоящее время.
Как же тогда астрономы могут узнать больше о силовых свойствах астероидов, которые сталкиваются с такими высокими скоростями и не вращаются по аналогичным, почти круговым орбитам вдоль плоскости эклиптики, то есть плоскости отсчета, основанной на орбите Земли, спроецированной во всех направлениях?Чтобы ответить на этот вопрос, нынешняя группа астрономов сосредоточила свои исследования на распределении населения астероидов с сильно наклоненными орбитами, потому что их скорости столкновения значительно высоки и могут предоставить информацию об их прочностных характеристиках при высокоскоростных столкновениях.
Никакие предыдущие наблюдения не позволили измерить распределение населения астероидов с большим наклонением в желаемом диапазоне от нескольких сотен метров до нескольких километров. Поэтому команда решила использовать Suprime-Cam, установленную на 8,2-метровом телескопе Subaru, для проведения оптических наблюдений в широком поле зрения небольших астероидов главного пояса с большими наклонами. Положение Suprime-Cam в основном фокусе в сочетании с большим главным зеркалом Subaru обеспечивает особенно широкое поле обзора, которое идеально подходит для нацеливания на такие слабые и малонаселенные астероиды.
Чтобы наблюдать за достаточным количеством этих объектов в течение ограниченного времени, команда разработала новый эффективный метод обнаружения астероидов и решила обследовать область неба на высоких эклиптических широтах, где, вероятно, могут быть расположены астероиды с большим наклонением.За две ночи наблюдений они обнаружили 441 движущийся объект, около 380 из которых являются астероидами главного пояса. Поскольку диаметры этих астероидов слишком малы для непосредственного измерения, команда рассчитала их размер на основе их предполагаемых орбит и яркости и обнаружила, что обнаруженные астероиды имеют диаметры от 700 метров до 6 километров.
Почти половина астероидов имеют диаметр менее 1 километра и наклон более 15 градусов.Распределение населения было получено из выборки астероидов. Наклон распределения резко меняется, когда астероиды имеют диаметр около одного километра — та же картина, что и предыдущее исследование, подтвержденное на астероидах вблизи плоскости эклиптики.
Тщательное сравнение распределения населения астероидов с диаметром от 600 метров до 5 километров с астероидами вблизи плоскости эклиптики показало, что астероиды с большим наклонением имеют меньшую долю мелких и крупных объектов (то есть более мелкое распределение населения). Это открытие указывает на то, что высокоскоростные столкновения ускоряют скорость увеличения силы астероидов в соответствии с их размером, то есть свойства разрушающей силы астероидов зависят от скорости столкновения.
Что касается эволюции столкновений, результаты этого исследования показывают, что в ранней Солнечной системе, когда рождение Юпитера вызывало столкновения астероидов с более высокими скоростями, чем сейчас, крупные астероиды были более устойчивы к разрушению и имели более длительную продолжительность жизни, чем те, что в типичных современных условиях. столкновения. Команда планирует использовать Hyper Suprime-Cam (HSC), новую мощную камеру с первичным фокусом Subaru Telescope (Hyper Suprime-Cam Ushers in a New Era Observational Astronomy), чтобы провести крупномасштабные исследования для дальнейшего изучения динамической / столкновительной эволюции. различных малотелых популяций в Солнечной системе.