Med hjälp av European Southern Observatory's Very Large Telescope (ESO:s VLT), ett team av astronomer har fått de skarpaste och mest detaljerade bilderna hittills av asteroiden Kleopatra. Observationerna har gjort det möjligt för teamet att begränsa 3D-formen och massan av denna märkliga asteroid, som liknar ett hundben, till en högre noggrannhet än någonsin tidigare. Deras forskning ger ledtrådar om hur denna asteroid och de två månar som kretsar runt den bildades.

"Kleopatra är verkligen en unik kropp i vårt solsystem, säger Franck Marchis, en astronom vid SETI Institute i Mountain View, USA och vid Laboratoire d'Astrophysique de Marseille, Frankrike, som ledde en studie om asteroiden – som har månar och en ovanlig form – publicerad idag i Astronomi &Astrofysik . "Vetenskapen gör stora framsteg tack vare studiet av konstiga extremvärden. Jag tror att Kleopatra är en av dessa och att förstå detta komplex, flera asteroidsystem kan hjälpa oss att lära oss mer om vårt solsystem."

Kleopatra kretsar runt solen i asteroidbältet mellan Mars och Jupiter. Astronomer har kallat den för en "hundbensasteroid" ända sedan radarobservationer för cirka 20 år sedan visade att den har två lober sammankopplade med en tjock "hals". 2008, Marchis och hans kollegor upptäckte att Kleopatra kretsar runt av två månar, som heter AlexHelios och CleoSelene, efter den egyptiska drottningens barn.

Om du vill veta mer om Kleopatra, Marchis och hans team använde ögonblicksbilder av asteroiden tagna vid olika tidpunkter mellan 2017 och 2019 med instrumentet Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (SPHERE) på ESO:s VLT. När asteroiden roterade, de kunde se den från olika vinklar och skapa de mest exakta 3D-modellerna av dess form hittills. De begränsade asteroidens hundbensform och dess volym, hitta en av loberna vara större än den andra, och bestämde längden på asteroiden till cirka 270 kilometer eller ungefär halva längden av Engelska kanalen.

I en andra studie, även publicerad i Astronomi &Astrofysik och leds av Miroslav Brož vid Charles University i Prag, Tjeckien, teamet rapporterade hur de använde SPHERE-observationerna för att hitta de korrekta banorna för Kleopatras två månar. Tidigare studier hade uppskattat banorna, men de nya observationerna med ESO:s VLT visade att månarna inte var där de äldre uppgifterna förutspådde att de skulle vara.

"Det här måste lösas, " säger Brož. "För om månarnas banor var fel, allt var fel, inklusive Kleopatras massa." Tack vare de nya observationerna och sofistikerade modelleringen, teamet lyckades beskriva exakt hur Kleopatras gravitation påverkar månarnas rörelser och att bestämma AlexHelios och CleoSelenes komplexa banor. Detta gjorde det möjligt för dem att beräkna asteroidens massa, finner det vara 35 % lägre än tidigare uppskattningar.

Genom att kombinera de nya uppskattningarna för volym och massa, astronomer kunde beräkna ett nytt värde för asteroidens densitet, som, vid mindre än halva densiteten av järn, visade sig vara lägre än tidigare trott. Den låga tätheten av Kleopatra, som tros ha en metallisk sammansättning, antyder att den har en porös struktur och kan vara lite mer än en "bråtehög". Detta betyder att det sannolikt bildades när material återackumulerades efter en gigantisk stöt.

Kleopatras struktur och hur den roterar ger också indikationer på hur dess två månar kunde ha bildats. Asteroiden roterar nästan med en kritisk hastighet, hastigheten över vilken den skulle börja falla isär, och även små stötar kan lyfta småsten från ytan. Marchis och hans team tror att dessa småsten senare kunde ha bildat AlexHelios och CleoSelene, vilket betyder att Kleopatra verkligen har fött sina egna månar.

De nya bilderna av Kleopatra och de insikter de ger är endast möjliga tack vare ett av de avancerade adaptiva optiksystemen som används på ESO:s VLT, som ligger i Atacamaöknen i Chile. Adaptiv optik hjälper till att korrigera för förvrängningar som orsakas av jordens atmosfär som gör att objekt ser suddiga ut – samma effekt som får stjärnor som ses från jorden att blinka. Tack vare sådana korrigeringar, SPHERE kunde avbilda Kleopatra – belägen 200 miljoner kilometer från jorden som närmast – även om dess skenbara storlek på himlen motsvarar den för en golfboll cirka 40 kilometer bort.

ESO:s kommande Extremely Large Telescope (ELT), med sina avancerade adaptiva optiksystem, kommer att vara idealisk för avbildning av avlägsna asteroider som Kleopatra. "Jag kan inte vänta med att rikta ELT mot Kleopatra, för att se om det finns fler månar och förfina deras banor för att upptäcka små förändringar, ", tillägger Marchis.