138 auf einmal: Kleinste Asteroiden des Asteroidengürtels entdeckt

Ertappt: Astronomen haben auf einen Schlag 138 zuvor unerkannte Asteroiden zwischen Mars und Jupiter entdeckt. Darunter sind erstmals auch Brocken von nur zehn bis einigen hundert Meter Durchmesser – die kleinsten bisher im Asteroidengürtel detektierten. Möglich machte dies eine Methode, die diese Asteroiden im „Störrauschen“ von Aufnahmen des James-Webb-Teleskops aufspürte. Die neue Methode kann damit auch dazu beitragen, Asteroiden auf Erdkurs früher als bisher zu identifizieren.

Im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter kreisen Millionen Himmelskörper – von kleinen, nur wenige Meter großen Trümmerstücken über kilometergroße Asteroiden bis hin zu Kleinplaneten wie Ceres. Wenn diese Brocken aus der Bahn geraten, können sie zur Gefahr für die Erde werden. Doch bisher konnten Teleskope nur rund 750.000 Asteroiden genauer identifizieren, fast alle davon sind größer als ein Kilometer. Obwohl auch kleinere Brocken beim Einschlag verheerende Schäden anrichten können, waren sie auf diese Entfernung hin schlicht nicht sichtbar.

Als Störrauschen getarnt

Das hat sich jetzt geändert – dank einer Technik, die eigentlich Störsignale aus Aufnahmen von Exoplaneten, Sternen und anderen weiter entfernten Objekten entfernen soll. Typischerweise müssen Astronomen dabei störende Vordergrundobjekte wie Gas, Staub oder auch vor dem Zielobjekt vorbeiziehende Asteroiden herausfiltern. „Für die meisten Astronomen sind Asteroiden eher lästig, da sie die Daten beeinträchtigen“, erklärt Erstautor Julien de Wit vom Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Doch ihre Forschung zu Exoplaneten brachte de Wit und seinen Kollegen Artem Burdanov auf die Idee, diese Störsignale näher zu untersuchen. Dafür werteten sie rund 10.000 Infrarotaufnahmen des James-Webb-Teleskops aus, das dieses vom rund 40 Lichtjahre entfernten Stern TRAPPIST-1 gemacht hatte – dem Stern, um den Astronomen gleich sieben erdähnliche Exoplaneten entdeckt haben. Ein Teil des Störrauschens in diesen Aufnahmen stammt von Objekten im Asteroidengürtel.

Fahndung mittels Shift-and-Stack

Um dieses Störrauschen genauer zu analysieren, entwickelten de Witt und seine Kollegen eine
Bildverarbeitungstechnik weiter, die schon in den 1990er-Jahren in der Astronomie eingesetzt wurde. Bei diesem sogenannten Shift-and-Stack-Verfahren werden mehrere Aufnahmen mit demselben Himmelsausschnitt verschoben und übereinandergelegt. Dies macht Bewegungen von Objekten vor dem Sternenhintergrund sichtbar.

Durch Nutzung leistungsstarker Grafikprozessoren und Analyse-Algorithmen optimierten die Astronomen das Verfahren so, dass sie damit auch kleinere sich bewegende Objekte wie Asteroiden im Störrauschen aufspüren konnten. Von Vorteil war dabei auch, dass die Gesteinsbrocken in den infraroten Wellenlängen der Webb-Aufnahmen heller erscheinen als im sichtbaren Licht.

138 auf einen Streich

Tatsächlich wurde das Team fündig: „Wir dachten, dass wir höchstens einige wenige neue Objekte finden würden, aber wir detektierten viel mehr als erwartet“, sagt de Witt. Insgesamt gelang es den Astronomen, gleich 138 zuvor unbekannte Asteroiden im Asteroidengürtel aufzuspüren – und alle waren weit kleiner als die bisher bekannten. Die Größenspanne der neu identifizierten Brocken reicht von einigen hundert Metern bis hinunter zu nur zehn Metern.

Damit haben die Astronomen die bisher kleinsten Objekte im Asteroidengürtel entdeckt. „Bislang konnten wir Asteroiden in der Größenordnung von zehn Metern nur erkennen, wenn sie sehr nahe an der Erde vorbeiflogen“, sagt Burdanov. „Jetzt haben wir erstmals die Möglichkeit, solche kleinen Asteroiden auch in viel größeren Entfernungen zu detektieren.“ Einige dieser Asteroiden kreisen auf instabilen Bahnen und könnten bald aus dem Asteroidengürtel nach innen ausgeschleudert werden – sie könnte dann zu Erdbahnkreuzern werden. Andere könnten zu Trojanern von Planeten werden, Begleitern auf derselben Bahn.

Neue Chancen auch für die planetare Abwehr

Nach Ansicht der Astronomen eröffnet ihre Methode damit neue Möglichkeiten, auch potenziell gefährliche Asteroiden auf Erdkurs früher als bisher zu entdecken. „Es ist ein gutes Beispiel dafür, was wir erreichen können, wenn wir die Daten anders betrachten. Manchmal zahlt sich dies aus – wie in diesem Fall“, sagt Burdanov.

Ähnlich sieht dies Koautor Thomas Müller vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching: „Es ist fantastisch zu sehen, wie archivierte Daten des James-Webb-Teleskops uns neue Türen zum Verständnis der kleinsten Asteroiden öffnen können, die eine entscheidende Rolle in der planetaren Verteidigung spielen“, sagt der Planetenforscher. (Nature, 2024; doi: 10.1038/s41586-024-08480-z)

Quelle: Massachusetts Institute of Technology, Université de Liège, Universität Oldenburg