Met behulp van de Very Large Telescope van de European Southern Observatory (ESO's VLT), een team van astronomen heeft de scherpste en meest gedetailleerde beelden tot nu toe van de asteroïde Kleopatra verkregen. Dankzij de waarnemingen kon het team de 3D-vorm en massa van deze eigenaardige asteroïde beperken, die lijkt op een hondenbot, met een hogere nauwkeurigheid dan ooit tevoren. Hun onderzoek geeft aanwijzingen over hoe deze asteroïde en de twee manen die eromheen draaien gevormd zijn.

"Kleopatra is echt een uniek lichaam in ons zonnestelsel, " zegt Franck Marchis, een astronoom aan het SETI Institute in Mountain View, VS en in het Laboratoire d'Astrophysique de Marseille, Frankrijk, die een onderzoek leidde naar de asteroïde - die manen en een ongewone vorm heeft - die vandaag is gepubliceerd in Astronomie en astrofysica . "De wetenschap boekt veel vooruitgang dankzij de studie van vreemde uitbijters. Ik denk dat Kleopatra er een van is en dit complex begrijpt, meerdere asteroïdenstelsels kunnen ons helpen meer te weten te komen over ons zonnestelsel."

Kleopatra draait om de zon in de asteroïdengordel tussen Mars en Jupiter. Astronomen noemen het een "hondenbot-asteroïde" sinds radarwaarnemingen ongeveer 20 jaar geleden onthulden dat het twee lobben heeft die verbonden zijn door een dikke "nek". In 2008, Marchis en zijn collega's ontdekten dat Kleopatra in een baan om twee manen draait, genaamd AlexHelios en CleoSelene, na de kinderen van de Egyptische koningin.

Voor meer informatie over Kleopatra, Marchis en zijn team gebruikten snapshots van de asteroïde die tussen 2017 en 2019 op verschillende tijdstippen zijn genomen met het Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (SPHERE)-instrument op ESO's VLT. Terwijl de asteroïde ronddraaide, ze konden het vanuit verschillende hoeken bekijken en de meest nauwkeurige 3D-modellen van zijn vorm tot nu toe maken. Ze beperkten de vorm en het volume van de asteroïde, vinden dat een van de lobben groter is dan de andere, en bepaalden de lengte van de asteroïde op ongeveer 270 kilometer of ongeveer de helft van de lengte van het Engelse Kanaal.

In een tweede studie, ook gepubliceerd in Astronomie en astrofysica en geleid door Miroslav Brož van de Charles Universiteit in Praag, Tsjechië, het team rapporteerde hoe ze de SPHERE-waarnemingen gebruikten om de juiste banen van de twee manen van Kleopatra te vinden. Eerdere studies hadden de banen geschat, maar de nieuwe waarnemingen met ESO's VLT toonden aan dat de manen niet waren waar de oudere gegevens ze voorspelden.

"Dit moest worden opgelost, " zegt Brož. "Want als de banen van de manen verkeerd waren, alles klopte niet, inclusief de massa van Kleopatra." Dankzij de nieuwe waarnemingen en geavanceerde modellering, het team slaagde erin om nauwkeurig te beschrijven hoe de zwaartekracht van Kleopatra de bewegingen van de manen beïnvloedt en om de complexe banen van AlexHelios en CleoSelene te bepalen. Hierdoor konden ze de massa van de asteroïde berekenen, vinden dat het 35% lager is dan eerdere schattingen.

Door de nieuwe schattingen voor volume en massa te combineren, astronomen konden een nieuwe waarde berekenen voor de dichtheid van de asteroïde, die, met minder dan de helft van de dichtheid van ijzer, bleek lager te zijn dan eerder werd gedacht. De lage dichtheid van Kleopatra, waarvan wordt aangenomen dat het een metaalachtige samenstelling heeft, suggereert dat het een poreuze structuur heeft en weinig meer zou kunnen zijn dan een "hoop puin". Dit betekent dat het waarschijnlijk is gevormd toen materiaal zich opnieuw ophoopte na een gigantische impact.

Kleopatra's puinhoopstructuur en de manier waarop deze roteert, geven ook aanwijzingen over hoe de twee manen gevormd kunnen zijn. De asteroïde draait bijna met een kritische snelheid, de snelheid waarboven het uit elkaar zou vallen, en zelfs kleine schokken kunnen kiezelstenen van het oppervlak tillen. Marchis en zijn team geloven dat die kiezelstenen vervolgens AlexHelios en CleoSelene zouden kunnen hebben gevormd, wat betekent dat Kleopatra echt zijn eigen manen heeft voortgebracht.

De nieuwe beelden van Kleopatra en de inzichten die ze bieden, zijn alleen mogelijk dankzij een van de geavanceerde adaptieve optische systemen die op ESO's VLT worden gebruikt, die zich in de Atacama-woestijn in Chili bevindt. Adaptieve optica helpt bij het corrigeren van vervormingen die worden veroorzaakt door de atmosfeer van de aarde, waardoor objecten wazig lijken - hetzelfde effect dat ervoor zorgt dat sterren die vanaf de aarde worden bekeken, fonkelen. Dankzij dergelijke correcties SPHERE was in staat om Kleopatra in beeld te brengen - op 200 miljoen kilometer afstand van de aarde op het dichtstbij gelegen - hoewel de schijnbare grootte aan de hemel gelijk is aan die van een golfbal op ongeveer 40 kilometer afstand.

ESO's aanstaande Extremely Large Telescope (ELT), met zijn geavanceerde adaptieve optische systemen, ideaal zal zijn voor het in beeld brengen van verre asteroïden zoals Kleopatra. "Ik kan niet wachten om de ELT op Kleopatra te wijzen, om te zien of er meer manen zijn en hun banen te verfijnen om kleine veranderingen te detecteren, ", voegt Marchis toe.