Odkryto planetoidę, która łamie znane prawa fizyki kosmicznych gruzowisk

Typowa, duża planetoida krąży wokół własnej osi przez co najmniej kilka godzin. Tymczasem skała o średnicy 2,53 km zalicza pełny obrót w zaledwie 4 minuty i 11 sekund, co czyni ją rekordzistką wśród znanych obiektów tej wielkości pod względem tempa rotacji. Taki wynik może zmusić badaczy do rewizji dotychczasowych założeń o budowie wewnętrznej planetoid.

Planetoidy to nieregularne bryły skalne, które od miliardów lat podążają po orbitach wokół Słońca. Część z nich to luźne skupiska odłamków, inne zaś stanowią zwarte, jednolite struktury. Obserwując coś tak pozornie banalnego jak tempo obrotu, astronomowie potrafią wnioskować o ich wewnętrznej konstrukcji znacznie więcej, niż mogłoby się wydawać.

Problem w tym, że precyzyjne ustalenie prędkości rotacji wcale nie jest proste. Dane z teleskopów bywają niekompletne, a luki czasowe pomiędzy pomiarami mogą prowadzić do mylnych interpretacji. Grupa badaczy pod kierownictwem Dmitriia Vavilova z University of Washington stworzyła narzędzie programistyczne, które pozwala wyłapywać tego rodzaju błędy. Gdy przeanalizowano nim dane dotyczące tysięcy planetoid, natrafiono na obiekt o nietypowych cechach.

Opis badania trafił do serwisu arXiv, czyli platformy, na której naukowcy publikują prace jeszcze przed przejściem formalnej recenzji.

Ponad 2,5 km średnicy i obrót w nieco ponad 4 minuty

Obiekt w centrum całej sprawy nosi oznaczenie 491384. Jego średnicę oszacowano na około 2,53 km, natomiast jeden pełny obrót wokół własnej osi zajmuje mu zaledwie 4,18 minuty. Przy takim tempie w ciągu godziny zdążyłby wykonać ponad 14 pełnych okrążeń.

To zaskakujący rezultat, zwłaszcza biorąc pod uwagę wielkość tej skały. Obiekty tej skali, zbudowane głównie z luźno powiązanych fragmentów, nie powinny wirować z taką prędkością, bo siły towarzyszące rotacji mogłyby po prostu rozerwać taką strukturę.

Planetoida 491384 wyróżnia się nie tylko samym tempem obrotu. Mniejsze obiekty kręcące się w ekstremalnym tempie były już wcześniej znane, jednak nigdy nie zaobserwowano takiego połączenia sporych rozmiarów i tak krótkiego cyklu rotacji. Jeśli obecne pomiary się potwierdzą, będzie to największa znana planetoida zaliczana do grupy tak zwanych ultraszybkich rotatorów.

Wśród planetoid dość powszechnie występują tak zwane rubble piles, czyli gruzowiska skalne. Nie są to zwarte monolity, lecz zbiory wielu odłamków, które trzymają się razem głównie dzięki własnemu przyciąganiu grawitacyjnemu. Pojedyncze fragmenty nie muszą być trwale ze sobą zespolone - wystarczy, że grawitacja utrzymuje je w bliskim sąsiedztwie.

Planetoidy nie powinny wirować tak szybko

Taki model budowy ma jednak swoją słabość. Im szybciej planetoida się obraca, tym większą rolę zaczynają odgrywać siły odśrodkowe działające w układzie wirującym razem z obiektem. Po przekroczeniu pewnej prędkości mogą one wprawiać fragmenty w ruch, a finalnie doprowadzić do rozpadu całej struktury.

Dla planetoid o średnicy większej niż mniej więcej 150 metrów widoczna jest wyraźna granica - zdecydowana większość z nich nie obraca się szybciej niż raz na 2,2 godziny. Naukowcy nazywają tę zależność barierą rotacyjną.

Gdy duży obiekt wiruje znacznie szybciej niż wynika to z tej granicy, oznacza to, że sama grawitacja raczej nie byłaby w stanie utrzymać go w jednym kawałku. Potrzebna jest dodatkowa wytrzymałość strukturalna, wynikająca choćby ze spoistości materiału skalnego.

W przypadku planetoidy 491384 skala rozbieżności jest kolosalna. Zamiast jednego obrotu na 132 minuty, obiekt ten kręci się pełnym cyklem co około 4,18 minuty - to ponad 31 razy szybciej niż wartość graniczna wyznaczona przez barierę rotacyjną.

Jeżeli te dane okażą się ścisłe, planetoida musi stanowić jednolitą, zwartą skałę. A to rodzi kolejne pytania. Skąd wzięła się tak duża, lita bryła? Czy mamy do czynienia z pozostałością po zniszczonej planecie? Co dostarczyło jej energii potrzebnej do osiągnięcia tak szybkiego wirowania?

Żeby dokładnie poznać wewnętrzną strukturę planetoidy 491384, konieczne będą kolejne obserwacje i pogłębione analizy.

Mimo to już teraz ten przypadek pokazuje, że wśród kosmicznych gruzowisk może kryć się znacznie więcej odstępstw od reguły, niż sugerowały dotychczasowe obserwacje. Im precyzyjniej astronomowie będą mierzyć tempo rotacji takich obiektów, tym lepiej poznają historię powstawania i rozwoju Układu Słonecznego.