Hubble macht sich auf die Suche nach kleinen Hauptgürtel-Asteroiden

Wie Felsbrocken, Felsen und Kieselsteine, die über eine Landschaft verstreut sind, gibt es Asteroiden in den unterschiedlichsten Größen. Die Katalogisierung von Asteroiden im Weltraum ist schwierig, da sie lichtschwach sind und nicht anhalten, um fotografiert zu werden, während sie ihre Umlaufbahnen um die Sonne entlang ziehen.

Astronomen nutzten kürzlich eine Fülle archivierter Bilder des Hubble-Weltraumteleskops der NASA, um eine weitgehend unsichtbare Population kleinerer Asteroiden auf ihren Spuren visuell zu erfassen. Für die Schatzsuche mussten 37.000 Hubble-Bilder aus einem Zeitraum von 19 Jahren durchgesehen werden. Der Gewinn bestand darin, 1.701 Asteroidenspuren zu finden, von denen 1.031 zuvor nicht katalogisiert waren. Etwa 400 dieser nicht katalogisierten Asteroiden sind weniger als 1 Kilometer groß.

Freiwillige aus der ganzen Welt, sogenannte „Bürgerwissenschaftler“, trugen zur Identifizierung dieser Asteroidenprämie bei. Professionelle Wissenschaftler kombinierten die Bemühungen der Freiwilligen mit einem maschinellen Lernalgorithmus, um die Asteroiden zu identifizieren. Es stellt einen neuen Ansatz zum Auffinden von Asteroiden in jahrzehntelangen astronomischen Archiven dar, der effektiv auf andere Datensätze angewendet werden kann, sagen die Forscher.

„Wir beschäftigen uns immer tiefer mit der Beobachtung der kleineren Population der Asteroiden des Hauptgürtels. Wir waren überrascht, so viele Kandidatenobjekte zu sehen“, sagte Hauptautor Pablo García Martín von der Autonomen Universität Madrid, Spanien. „Es gab einige Hinweise darauf, dass diese Population existiert, aber jetzt bestätigen wir sie mit einer zufälligen Asteroidenpopulationsstichprobe, die wir mithilfe des gesamten Hubble-Archivs erhalten haben. Dies ist wichtig, um Einblicke in die Evolutionsmodelle unseres Sonnensystems zu gewinnen.“

Die große Zufallsstichprobe bietet neue Einblicke in die Entstehung und Entwicklung des Asteroidengürtels. Der Fund vieler kleiner Asteroiden lässt darauf schließen, dass es sich dabei um Fragmente größerer Asteroiden handelt, die kollidiert und auseinandergebrochen sind, wie zerbrochene Keramik. Dies ist ein Zermürbungsprozess, der sich über Milliarden von Jahren erstreckt.

Eine alternative Theorie für die Existenz kleinerer Fragmente besagt, dass sie sich vor Milliarden von Jahren auf diese Weise gebildet haben. Aber es gibt keinen vorstellbaren Mechanismus, der verhindern könnte, dass sie zu Schneeballen größerer Größe heranwachsen, wenn sie Staub von der planetenbildenden zirkumstellaren Scheibe um unsere Sonne ansammeln. „Kollisionen hätten eine bestimmte Signatur, die wir verwenden könnten, um die aktuelle Hauptgürtelpopulation zu testen“, sagte Co-Autor Bruno Merín vom European Space Astronomy Centre in Madrid, Spanien.

Amateurastronomen bringen der KI bei, Asteroiden zu finden

Aufgrund der schnellen Umlaufbahn von Hubble um die Erde kann es wandernde Asteroiden anhand ihrer verräterischen Spuren in den Hubble-Aufnahmen einfangen. Von einem erdgestützten Teleskop aus gesehen hinterlässt ein Asteroid einen Streifen über dem Bild. Asteroiden „fotobomben“ Hubble-Aufnahmen, indem sie auf Hubble-Fotos als unverwechselbare, geschwungene Spuren erscheinen.

Während sich Hubble um die Erde bewegt, ändert es seinen Blickwinkel, während es einen Asteroiden beobachtet, der sich ebenfalls auf seiner eigenen Umlaufbahn bewegt. Indem Wissenschaftler die Position von Hubble während der Beobachtung kennen und die Krümmung der Streifen messen, können sie die Entfernungen zu den Asteroiden bestimmen und die Formen ihrer Umlaufbahnen abschätzen.

Die gefangenen Asteroiden leben größtenteils im Hauptgürtel, der zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter liegt. Ihre Helligkeit wird von Hubbles empfindlichen Kameras gemessen. Und der Vergleich ihrer Helligkeit mit ihrer Entfernung ermöglicht eine Größenschätzung. Die schwächsten Asteroiden in der Untersuchung haben etwa ein Vierzigmillionstel der Helligkeit des schwächsten Sterns, den das menschliche Auge sehen kann.

„Asteroidenpositionen ändern sich mit der Zeit, und deshalb kann man sie nicht einfach durch die Eingabe von Koordinaten finden, weil sie zu anderen Zeiten möglicherweise nicht da sind“, sagte Merín. „Als Astronomen haben wir keine Zeit, alle Asteroidenbilder durchzusehen. Deshalb kamen wir auf die Idee, mit über 10.000 bürgerwissenschaftlichen Freiwilligen zusammenzuarbeiten, um die riesigen Hubble-Archive zu durchsuchen.“

Im Jahr 2019 startete eine internationale Gruppe von Astronomen den Hubble Asteroid Hunter, ein bürgerwissenschaftliches Projekt zur Identifizierung von Asteroiden in archivierten Hubble-Daten. Die Initiative wurde von Forschern und Ingenieuren des Europäischen Wissenschafts- und Technologiezentrums (ESTEC) und des Wissenschaftsdatenzentrums des Europäischen Weltraumastronomiezentrums (ESDC) in Zusammenarbeit mit der Zooniverse-Plattform, der weltweit größten und beliebtesten Citizen-Science-Plattform, entwickelt Google.

Insgesamt 11.482 Citizen-Science-Freiwillige, die fast 2 Millionen Identifikationen lieferten, erhielten anschließend ein Trainingsset für einen automatisierten Algorithmus zur Identifizierung von Asteroiden auf Basis künstlicher Intelligenz. Dieser bahnbrechende Ansatz kann effektiv auf andere Datensätze angewendet werden.

Als nächstes wird das Projekt die Streifen bisher unbekannter Asteroiden erforschen, um ihre Umlaufbahnen zu charakterisieren und ihre Eigenschaften, wie etwa Rotationsperioden, zu untersuchen. Da die meisten dieser Asteroidenstreifen vor vielen Jahren von Hubble erfasst wurden, ist es derzeit nicht möglich, sie zu verfolgen, um ihre Umlaufbahnen zu bestimmen.

Der Ergebnisse werden in der Zeitschrift veröffentlicht Astronomie und Astrophysik.