Astronomer har upptäckt en asteroid som loopar genom det inre solsystemet på en exotisk bana. Det ovanliga föremålet är bland de första asteroider som någonsin hittats vars omloppsbana nästan helt är begränsad i Venus omloppsbana. Asteroidens existens antyder potentiellt betydande antal rymdstenar som bågar osedda i okända områden närmare solen.

En toppmodern himmelsmätningskamera, Zwicky Transient Facility, eller ZTF, upptäckte asteroiden den 4 januari, 2019. Betecknad 2019 AQ3, objektet har det kortaste "året" av någon registrerad asteroid, med en omloppstid på bara 165 dagar. Det verkar också vara ett ovanligt stort asteroidexemplar.

"Vi har hittat ett extraordinärt föremål vars bana knappt går bortom Venus bana - det är en stor sak, " sa Quanzhi Ye, en postdoktor vid IPAC, ett data- och vetenskapscenter för astronomi vid Caltech. Ni kallade 2019 AQ3 en "mycket sällsynt art, " noterar vidare att "det kan finnas många fler oupptäckta asteroider där ute som det."

ZTF är installerat på 48-tums Samuel Oschin-teleskopet vid Palomar Observatory, ligger cirka 122 mil sydost om Los Angeles. Den startade sin verksamhet i mars 2018 och har redan observerat mer än en miljard Vintergatans stjärnor, såväl som över tusen supernovor utanför Vintergatan, och andra extrema övergående kosmiska händelser. ZTF möjliggjordes genom finansiering från National Science Foundation (NSF). Asteroidforskning med ZTF finansieras också direkt av NSF genom stöd av Ye som en Caltech-postdoktor.

Ett huvudvetenskapligt mål för ZTF är att samla jordensnära asteroider (NEA), som tillsammans med kometer som surrar vår planet är kända som jordnära objekt (NEOs). Forskare vid ZTF är särskilt intresserade av att hitta NEA:er mellan cirka 10 och 100 meter i diameter - inte monstruösa i storlek, men det kan fortfarande vara tillräckligt stort för att allvarligt påverka en stad om de skulle kollidera med jorden. Av denna potentiellt jordbundna uppsättning rymdstenar, de mest oroande är de som kommer från solens riktning, som går vilse i bländningen och är svåra att mäta.

"Dessa små asteroider är bara tillräckligt ljusa för att upptäckas under den korta period som de är väldigt nära jorden, sa Tom Prince, Ira S. Bowen professor i fysik vid Caltech med en gemensam utnämning som senior forskare vid Jet Propulsion Laboratory, hanteras av Caltech för NASA, som arbetar med att hitta NEOs med ZTF. "Under detta korta fönster, asteroiderna rör sig väldigt snabbt, innebär utmaningar för astronomer att hitta och spåra dem."

För att ha något hopp om att lokalisera sådana föremål, himlen måste skannas mycket ofta. ZTF undersöker hela den nordliga synliga himlen var tredje natt. Denna utmärkta täckning kommer med tillstånd av dess stora synfält, som i en enda exponering, kan avbilda ungefär tvåhundratrettio gånger storleken på fullmånen. "Det stora synfältet gör ZTF till ett idealiskt instrument för att hitta och spåra sällsynta föremål, såsom jordnära asteroider, sa Frank Masci, en stabsforskare på Caltech/IPAC, som övervakar och hanterar ZTF:s vetenskapliga databehandlingssystem, som finns på IPAC. "ZTF är definitivt upp till spelet."

Utnyttja ZTF:s kapacitet, Ye och Wing-Huen Ip – en professor i astronomi och rymdvetenskap vid Institute of Astronomy and Space Science vid National Central University i Taiwan – föreslog Twilight Survey, som letar efter asteroider som kommer in från solen. Denna undersökning visade upp 2019 AQ3 och kan ge andra intressanta asteroider på vägen.

En historia av framgångar med asteroider och kometer

Att hitta NEOs innan de hittar oss har länge varit ett stort ämne på Caltech/IPAC. Centret har lett vetenskapsverksamheten och databearbetningen för NASA:s Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) och NEOWISE-uppdrag sedan de lanserades 2009. Denna asteroidjägare har upptäckt mer än 34, 000 nya asteroider, inklusive nästan 300 NEA. ZTF:s föregångare, Palomar Transient Factory, avslöjade likaså en mängd NEOs under sin himmelundersökning.

"Storleken på NEOs uppskattas bäst genom att kombinera synliga och infraröda data, vilket är precis vad vi strävar efter att göra här på IPAC, sade George Helou, Forskningsprofessor i fysik vid Caltech och verkställande direktör för IPAC. "Sedan starten, IPAC har varit involverad i infraröda studier av asteroider."

Än så länge, ZTF har loggat nästan 60 nya jordnära asteroider. Två av dessa sågs i juli 2018 bara timmar innan de gav jorden en ganska tät rakning. Utsedda 2018 NW och 2018 NX, duon av bussstora asteroider piskade förbi på ett avstånd av cirka 70, 000 mil, eller bara en tredjedel av vägen till månen. Lyckligtvis, den nyfunna 2019 AQ3 utgör inget hot; det närmaste den någonsin kommer jorden är cirka 22 miljoner miles.

Spårar upp 2019 AQ3

Historien om hur forskare spikade fast AQ3:s omloppsbana 2019 börjar med att Ye noterar objektet i ZTF:s bilder den 4 januari, 2019. Ye rapporterade föremålet till IAU Minor Planet Center, den officiella världsomspännande organisationen som har till uppgift att samla in data om solkretsande objekt som inte är hela planeter, såsom asteroider och kometer. Ye tillbringade sedan lite tid med att bryta ZTF-bilderna tagna före och efter detta datum för att förbättra projektioner av asteroidens omloppsbana.

Två dagar senare, Marco Micheli, en forskare vid European Space Agency, påpekade målets unika för det globala astronomiska samfundet. Flera andra teleskop observerades 2019 AQ3 den 6 och 7 januari, ytterligare dokumentera dess unika karaktär. En grävning genom arkiven för Pan-STARRS 1-teleskopet vid Haleakalā-observatoriet på ön Maui, Hawaii, visade bevis på att 2019 AQ3 går tillbaka till 2015. Med dessa data i handen, astronomer kartlade med tillförsikt objektets hela väg runt solen.

Banan, som det visar sig, är vinklad vertikalt, tar 2019 AQ3 över och under planet där planeterna kör sina varv runt solen. Under sitt korta år, 2019 AQ3 störtar inuti Mercury, svänger sedan tillbaka upp strax utanför Venus omloppsbana.

Tills vidare, 2019 AQ3 är placerad bland en märklig population som vanligtvis kallas Atira- eller Apohele-asteroiderna, som har banor inuti jordens omloppsbana. Bland de cirka 800, 000 kända asteroider, bara 20 eller så är Atiras. Mycket större antal av dessa potentiellt farliga rymdstenar tros existera, dock, vars upptäckt och karaktärisering är bland motiven bakom det föreslagna Near-Earth Object Camera (NEOCam) infraröda rymdteleskopet. För närvarande finansierat av NASA för en utökad konceptstudiefas, NEOCam är designad för att se närmare solen än tidigare undersökningar, vilket skulle ge den möjlighet att plocka ut dolda asteroider som länge har trotsat upptäckt.

Lär dig mer om kända och nyfunna Atiras, till exempel deras storlekar, är ett ytterligare mål för ZTF och dess andra instrument. Även om den verkliga storleken på 2019 AQ3 ännu inte kan urskiljas, begränsade avläsningar relaterade till asteroidens ljusstyrka, massa, och densiteten tyder på att det kan vara nästan en mil tvärs över. Om så är fallet, 2019 AQ3 skulle bli en av de största medlemmarna i den exklusiva Atiras-gruppen. "På så många sätt, 2019 AQ3 är verkligen en udda asteroid, " sa Ye.

Att hitta fler rymdstenar under 2019 AQ3:s hals av skogen kan ge trovärdighet till den länge bevarade idén om vulkanoider – asteroider som svärmar inuti Merkurius omloppsbana. Den hypotetiska befolkningens namn kommer från en likaså hypotetisk planet, Vulcanus. Har inget samband med Mr Spocks fiktiva hemvärld i Star Trek, Vulcan föreslogs på 1800-talet som planeten närmast solen vars gravitation skulle förklara anomalier uppmätta i Merkurius bana. Albert Einsteins gravitationsramverk, teorin om allmän relativitet, bortförklarade dessa anomalier 1915, undanröja Vulcans gissningar.

Även om ZTF inte kommer att ha förmågan att hitta vulkanoider, dess observationsförmåga, tillsammans med framtida teleskop, kommer att göra det möjligt för forskare att äntligen undersöka ett okänt område i det inre solsystemet. ZTF borde bjuda på nya överraskningar, samt ge gamla idéer nya chanser att underbyggas. "Atiras ursprung är en spännande och öppen fråga, " sa Ip. "Med varje ytterligare föremål, vi kommer närmare att formulera och testa modeller om det ursprunget, och om vårt solsystems historia."