Tiedote

Tutkijoiden kansainvälinen salapoliisityö paljasti kääpiöplaneetan

Tähtitaivasta. Kuva: Felix Mittermeier / Pexels
Kansainvälinen tutkijaryhmä on Tampereen yliopistossa kehitetyn mallinnusohjelmiston avulla päätynyt siihen, että asteroidi Hygiea onkin olemukseltaan ja syntyhistorialtaan kääpiöplaneetta. Tutkimus on juuri julkaistu arvostetussa Nature Astronomy -tiedelehdessä.

- Meidän mielestämme ei sinänsä ole kovin olennaista, mihin luokkaan jokin taivaankappale halutaan laskea. Mielenkiintoisinta tässä on syntyhistorian selvittämiseen johtanut salapoliisityö, toteavat professori Mikko Kaasalainen ja tutkijatohtori Matti Viikinkoski Tampereen yliopistosta.

Tampereen yliopiston Inversio-ongelmien eli käänteisten ongelmien tutkimusryhmä selvittää sovelletun matematiikan avulla ilmiöitä, joiden seuraukset tiedetään, mutta ei tiedetä, mitkä tekijät seurauksiin ovat johtaneet. Ratkaisut perustuvat siihen, että löydetään parhaiten mittaustuloksia vastaava matemaattinen malli.

Tampereen yliopistossa tutkitaan inversiomallinnuksen käyttöä muun muassa ekologiassa ja avaruustutkimuksessa.

Ryhmä on osa Suomen Akatemian Inversiomallinnuksen ja kuvantamisen huippuyksikköä.

- Pelkästään jälkiä tutkimalla voimme Sherlock Holmesin tapaan päätellä kokonaisen tapahtumaketjun ja siten ymmärtää näiden kohteiden ominaisuuksia paremmin, Kaasalainen ja Viikinkoski kertovat.

Tutkijatohtori Matti Viikinkoski on tutkimusryhmässä kehitettyjen menetelmien avulla tehnyt maailman monipuolisimman asteroidien mallinnusohjelmiston. Sen avulla saadaan selville asteroidien muodot ja pyörimistilat. Ohjelmisto oli nyt julkaistussa tutkimuksessa välttämätön.

Hygiea on neljänneksi suurin asteroidi, jonka läpimitta on noin 450 kilometriä. Suurin asteroidi, Ceres, on halkaisijaltaan noin 950 kilometriä. Molemmat kiertävät aurinkoa Marsin ja Jupiterin puolivälin tienoilla.

Ceres on toistaiseksi ainoa kääpiöplaneetaksi luokiteltu asteroidi. Sillä tarkoitetaan karkeasti ottaen sitä, että taivaankappaletta muokkaa lähes kokonaan sen oma vetovoima, joka voittaa sen oman materian kestävyyden. Sen muoto on tällöin planeetan kaltainen eikä lohkaremainen. Kääpiö-liitteellä tarkoitetaan, että kappale ei kuitenkaan ole niin suuri, että se olisi omalla rata-alueellaan yksin, kuten tavalliset planeetat. Suurin osa kääpiöplaneetoista, joihin myös Pluto nykyään lasketaan, sijaitsee kaukana Neptunuksen radan ulkopuolella.

Nyt julkaistu tutkimus on osa laajaa ohjelmaa, jossa on otettu suurella kaukoputkella niin sanotun adaptiivisen optiikan avulla karkeita kuvia suurimmista asteroideista. Suurin osa asteroideista ei erotu edes tällä tekniikalla muuten kuin pistemäisinä. Ohjelmassa saatu data täytyykin analysoida matemaattisilla menetelmillä, jotta kohteista voidaan rakentaa luotettavat muotomallit.

- Datan analyysissä täytyi yhdistää epätarkkoja Maasta käsin otettuja kuvia pelkkiin kirkkausmittauksiin. Tässä käytimme hyväksi kehittämäämme yleistettyjen projektioiden teoriaa, jota tarvitaan asteroidien kaltaisten kohteiden mallintamisessa, kertoo Kaasalainen.

- Havainnot selitti Hygiean lähes pallomainen muoto ja aiemmin arvioitua pyörähdysaikaa puolet pienempi jakso, toteaa datan analysoinut Viikinkoski.

Tämä oli kuitenkin vasta päättelyketjun alku. Hygiean tiedetään olevan siitä törmäyksessä irronneiden pienempien asteroidien ”perheen” äiti. Rata-analyysin perusteella törmäys tapahtui yli kaksi miljardia vuotta sitten. Hygiean muodossa ei kuitenkaan näy oletettua katastrofaalista törmäysjälkeä toisin kuin useissa muissa asteroideissa.

- Kansainvälisen tutkimusryhmämme jäsenet laskivat törmäyksiä simuloivalla ohjelmalla, että nykyisen Hygiean edeltäjän on täytynyt törmätä melkein samankokoiseen kohteeseen ja hajota sulaneiksi palasiksi, jotka taas kokoontuivat yhteen uudeksi pallomaiseksi kappaleeksi, kertoo Viikinkoski.

- Monet suuret palaset päätyivät asteroideiksi omille kiertoradoilleen. Tämä on osin samantapainen kuin se törmäys, jossa nykyinen Maa syntyi ja kuu jäi kiertämään sitä. Kyseessä on siis hyvin planeettamainen syntyhistoria.

P. Vernazza et al. A basin-free spherical shape as an outcome of a giant impact on asteroid Hygiea. Nature Astronomy. DOI: https://doi.org/10.1038/s41550-019-0915-8

Lisätietoja:    
Tutkijatohtori Matti Viikinkoski, matti.viikinkoski [at] tuni.fi
Professori Mikko Kaasalainen, mikko.kaasalainen [at] tuni.fi
Matematiikka, informaatioteknologian ja viestinnän tiedekunta
Inversiomallinnuksen ja kuvantamisen huippuyksikkö

TAMPEREEN YLIOPISTON TIEDOTE 29.10.2019

Kuva: Felix Mittermeier / Pexels