Два астероида главного пояса крутятся за минуты: расчёт назвал силу, которая их держит

Международная группа под руководством Дмитрия Вавилова из Вашингтонского университета в Сиэтле, разбирая каталог Data Preview 2 обсерватории Веры Рубин, выделила два тела главного пояса, лежащего между орбитами Марса и Юпитера. Оба совершают оборот вокруг оси не за часы, а за считаные минуты, и именно эта скорость заставила авторов считать, какая дополнительная прочность не даёт им развалиться. По нынешней картине многие астероиды диаметром от нескольких сотен метров до нескольких километров — не цельные глыбы, а рыхлые скопления обломков разного размера.

Их держит взаимное тяготение; в англоязычной литературе такие объекты называют rubble pile, то есть грудой щебня. Если вращение достаточно быстрое, центробежная сила перевешивает притяжение, тело начинает терять вещество, а при дальнейшем разгоне может распасться. Для объектов крупнее 150 метров давно замечен предел: подавляющее большинство делает один оборот примерно за 2,2 часа.

Те, что крутятся заметно быстрее, чтобы оставаться целыми, обычно считают относительно монолитными телами из прочной породы или металла. Найденная пара этот простой вывод ставит под сомнение: авторы как раз предполагают, что перед ними груды щебня, а не монолиты. Первый объект, (491384), оборачивается за 4,18 минуты при расчётном диаметре 2,53 километра.

Исследователи называют его крупнейшим из известных астероидов с периодом меньше пяти минут. Второй, (566130), делает оборот за 5,34 минуты; диаметр оценили примерно в 1,99 километра. Оба находятся в главном поясе, а не среди околоземных тел, где сверхбыстрое вращение встречают чаще у мелких камней.

С вероятностью 96–97 процентов оба отнесли к классу C — тёмным углеродистым астероидам. Размеры получили не по прямому изображению, а по яркости, характеру изменения блеска и принятому альбедо, то есть доли падающего света, которую поверхность отражает. От этой связки зависит и дальнейший расчёт нагрузок: ошибка в диаметре или отражательной способности сразу сдвинет оценку прочности.

При таком вращении внутри тела возникают напряжения, способные сдвигать частицы друг относительно друга. Собственная гравитация помогает удерживать обломки, но на периоде в несколько минут её может не хватить. Тогда устойчивость зависит ещё и от того, насколько сильно частицы сцеплены между собой — от когезии, которой у идеальной груды щебня почти нет.

Чтобы оценить этот запас, авторы взяли математическую модель со скоростью вращения, размерами, формой, плотностью и собственной гравитацией. Для обоих тел плотность приняли равной 1700 килограммам на кубический метр и посчитали минимальное сцепление, при котором нагрузки не разрушают объект. Для (491384) вышло около 2,3 мегапаскаля, для (566130) — 0,8–0,9 мегапаскаля.

Эти цифры не сняты приборами на поверхности и не получены по образцам. Их дала физическая модель при выбранных допущениях о плотности и форме. Прямых измерений внутреннего строения у этих астероидов нет, поэтому 2,3 и 0,8–0,9 мегапаскаля — нижняя оценка того, что должно работать, если тела действительно сложены из слабо связанных обломков и всё же не разлетаются.

Одно из объяснений быстрого вращения — эффект Ярковского–О’Кифа–Радзиевского–Пэддэка. Солнечный свет неравномерно греет поверхность небольшого астероида, нагретое вещество испускает тепло, и за долгое время этот толчок может раскрутить или замедлить тело. Для объектов около двух километров механизм пока не даёт однозначного ответа, как именно они вышли на периоды в 4,18 и 5,34 минуты.

Вавилов и коллеги лишь предполагают, что (491384) и (566130) — скопления обломков, а не единые монолиты. Если дальнейшие наблюдения подтвердят рыхлую структуру, придётся объяснять, откуда у углеродистых тел класса C берётся сцепление в доли и единицы мегапаскаля. Если же тела окажутся цельными, сверхбыстрый период перестанет требовать такой когезии, но тогда под вопросом окажется сама классификация их как груды щебня.

Выводы выложены на сайте препринтов arXiv.org. Следующие наблюдения должны уточнить периоды, форму и блеск и тем самым проверить, держит ли эти астероиды гравитация вместе со сцеплением частиц или они прочнее, чем допускает модель груды щебня.