Efter att ha färdats flera miljarder miles mot solen, ett egensinnigt ungt kometliknande föremål som kretsar runt bland jätteplaneterna har hittat en tillfällig parkeringsplats längs vägen. Objektet har slagit sig ner nära en familj av fångade gamla asteroider, kallas trojaner, som kretsar runt solen tillsammans med Jupiter. Detta är första gången ett kometliknande föremål har upptäckts nära den trojanska befolkningen.

Den oväntade besökaren tillhör en klass av isiga kroppar som finns i rymden mellan Jupiter och Neptunus. Kallas "Centaurs, "de blir aktiva för första gången när de upphettas när de närmar sig solen, och dynamisk övergång till att bli mer kometliknande.

Ögonblicksbilder av synligt ljus av NASA:s rymdteleskop Hubble avslöjar att vagabondobjektet visar tecken på kometaktivitet, som en svans, avgasning i form av jetstrålar, och en omslutande koma av damm och gas. Tidigare observationer av NASA:s Spitzer Space Telescope gav ledtrådar till sammansättningen av det kometliknande föremålet och gaserna som driver dess aktivitet.

"Endast Hubble kunde upptäcka aktiva kometliknande egenskaper så långt borta med så hög detaljrikedom, och bilderna visar tydligt dessa funktioner, som ungefär 400, 000 mil lång bred svans och högupplösta egenskaper nära kärnan på grund av koma och jetstrålar, " sa ledande Hubble-forskaren Bryce Bolin från Caltech i Pasadena, Kalifornien.

Beskriver Kentaurens fångst som en sällsynt händelse, Bolin tillade, "Besökaren måste ha kommit in i Jupiters omloppsbana i precis rätt bana för att ha den här typen av konfiguration som ger den intrycket att dela sin omloppsbana med planeten. Vi undersöker hur den fångades av Jupiter och landade bland Trojaner. Men vi tror att det kan vara relaterat till det faktum att den hade ett lite nära möte med Jupiter."

Lagets tidning kommer ut den 11 februari, 2021 års nummer av The Astronomical Journal .

Forskargruppens datorsimuleringar visar att det isiga föremålet, kallas P/2019 LD2 (LD2), antagligen svängde nära Jupiter för ungefär två år sedan. Planeten slog sedan gravitationsmässigt den egensinniga besökaren till den trojanska asteroidgruppens samorbitala plats, leder Jupiter med cirka 437 miljoner miles.

Bucket Brigade

Det nomadiska föremålet upptäcktes i början av juni 2019 av University of Hawaiis Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System (ATLAS) teleskop som ligger på de slocknade vulkanerna, en på Mauna Kea och en på Haleakala. Den japanske amatörastronomen Seiichi Yoshida tipsade Hubble-teamet om möjlig kometaktivitet. Astronomerna skannade sedan arkivdata från Zwicky Transient Facility, en bred fältundersökning utförd vid Palomar Observatory i Kalifornien, och insåg att objektet var tydligt aktivt i bilder från april 2019.

De följde upp med observationer från Apache Point Observatory i New Mexico, vilket också antydde aktiviteten. Teamet observerade kometen med Spitzer bara dagar innan observatoriets pensionering i januari 2020, och identifierade gas och damm runt kometkärnan. Dessa observationer övertygade teamet att använda Hubble för att ta en närmare titt. Med hjälp av Hubbles skarpa syn, forskarna identifierade svansen, komastruktur och dammpartiklarnas storlek och deras utstötningshastighet. Dessa bilder hjälpte dem att bekräfta att funktionerna beror på relativt ny kometliknande aktivitet.

Även om LD2:s läge är överraskande, Bolin undrar om detta depåstopp kan vara ett vanligt drag för vissa kometer som går mot solen. "Detta kan vara en del av vägen från vårt solsystem genom Jupiter-trojanerna till det inre solsystemet, " han sa.

Den oväntade gästen kommer förmodligen inte att stanna bland asteroiderna särskilt länge. Datorsimuleringar visar att den kommer att ha ytterligare ett nära möte med Jupiter om ytterligare två år. Den rejäla planeten kommer att starta kometen från systemet, och den kommer att fortsätta sin resa till det inre solsystemet.

"Det coola är att du faktiskt fångar Jupiter slänga runt det här objektet och ändrar dess orbitala beteende och för in det i det inre systemet, " sa teammedlemmen Carey Lisse från Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (APL) i Laurel, Maryland. "Jupiter styr vad som händer med kometer när de väl kommer in i det inre systemet genom att ändra sina banor."

Den iskalla inkräktaren är med största sannolikhet en av de senaste medlemmarna i den så kallade "hinkbrigaden" av kometer som sparkats ut ur sitt kyliga hem i Kuiperbältet och in i den gigantiska planetregionen genom interaktioner med ett annat Kuiperbältsobjekt. Beläget bortom Neptunus bana, Kuiperbältet är en oas av is, överblivet skräp från våra planeters konstruktion för 4,6 miljarder år sedan, som innehåller miljontals föremål, och ibland har dessa objekt nästan misslyckanden eller kollisioner som drastiskt förändrar deras banor från Kuiperbältet och in i det gigantiska planetområdet.

Bucket-brigaden av isiga reliker får utstå en ojämn resa under sin resa mot solen. De studsar gravitationsmässigt från en yttre planet till nästa i en omgång himmelsk flipper innan de når det inre solsystemet, värms upp när de kommer närmare solen. Forskarna säger att föremålen spenderar lika mycket eller till och med mer tid runt de gigantiska planeterna, tyngdkraftsmässigt dra på dem – ungefär 5 miljoner år – än att de korsar in i det inre systemet där vi bor.

"Inre system, "kortperiodiska" kometer går sönder ungefär en gång per århundrade, Lisse förklarade. för att upprätthålla antalet lokala kometer vi ser idag, vi tror att hinkbrigaden måste leverera en ny kortperiodisk komet ungefär en gång vart 100:e år."

En tidig blommare

Att se avgasningsaktivitet på en komet 465 miljoner miles från solen (där solljusets intensitet är 1/25 så stark som på jorden) överraskade forskarna. "Vi var intresserade av att se att kometen precis hade börjat bli aktiv för första gången så långt borta från solen på avstånd där isen knappt börjar sublimera, sa Bolin.

Vatten förblir fruset på en komet tills det når cirka 200 miljoner miles från solen, där värme från solljus omvandlar vattenis till gas som strömmar ut från kärnan i form av jetstrålar. Så aktiviteten signalerar att svansen kanske inte är gjord av vatten. Faktiskt, observationer av Spitzer indikerade närvaron av kolmonoxid och koldioxidgas, som kan vara drivande för skapandet av svansen och jetstrålar som ses på den Jupiter-kretsande kometen. Dessa flyktiga ämnen behöver inte mycket solljus för att värma sin frusna form och omvandla dem till gas.

När kometen kastas ut ur Jupiters bana och fortsätter sin resa, det kan möta den jättelika planeten igen. "Kortperiodiska kometer som LD2 möter sitt öde genom att kastas in i solen och sönderfalla totalt, träffa en planet, eller vågar sig för nära Jupiter igen och kastas ut ur solsystemet, vilket är det vanliga ödet, ", sa Lisse. "Simuleringar visar att i cirka 500, 000 år, det finns en 90% sannolikhet att detta objekt kommer att kastas ut från solsystemet och bli en interstellär komet."