Mit dem James Webb Space Telescope auf Asteroiden-Jagd

Unter Millionen von Asteroiden im Hauptgürtel zwischen Mars und Jupiter haben Forscher erstmals etwa hundert Objekte mit einem Durchmesser zwischen zehn und mehreren hundert Metern ausgemacht. Bislang waren die kleinsten bekannten Himmelskörper dort etwa einen Kilometer groß. Das Team geht davon aus, dass die neue Methode nützlich sein kann, um Asteroiden zu identifizieren, die der Erde potenziell gefährlich werden können.

„Bislang konnten wir Asteroiden in der Größenordnung von zehn Metern nur erkennen, wenn sie sehr nahe an der Erde vorbeiflogen“, sagt Artem Burdanov vom Massachusetts Institute of Technology in den USA. „Jetzt haben wir die Möglichkeit, solche kleinen Asteroiden auch in viel größeren Entfernungen zu erkennen.“ Das sei für den Schutz der Erde vor Einschlägen von entscheidender Bedeutung, da mögliche Gefahren früher entdeckt werden könnten.

Der Physiker Tobias Hoffmann von der Uni Oldenburg steuerte eine verbesserte Methode zur Größenmessungen von Asteroiden bei. Das Verfahren beseitigt systematische Abweichungen bei Helligkeitsmessungen, die Größenbestimmungen von Asteroiden bislang verzerrt hatten. Durch den Vergleich mit bereits bekannten Objekten, deren Größe er genau ermittelt hatte, war es möglich, auch die Durchmesser der neuen Objekte zu überprüfen. Hoffmann stellte das Verfahren kürzlich in einem separaten Artikel in der Zeitschrift Icarus vor.

Der Nachweis der kleinen Asteroiden im Asteroidengürtel war ein Nebenprodukt anderer Beobachtungen zur Erforschung von Exoplaneten. Dabei müssen die Forscher die Aufnahmen von Teleskopen häufig von störenden Signalen befreien, die etwa durch Gas, Staub oder größere Objekten verursacht werden, die sich zwischen der Erde und dem Exoplaneten befinden. Zu diesem Rauschen, das aussortiert wird, gehören auch vorbeiziehende Asteroiden.

„Für die meisten Astronomen sind Asteroiden eher lästig, da sie die Daten beeinträchtigen“, sagt Julien de Wit vom MIT. Er und seine Kollegen fingen jedoch bereits vor einigen Jahren an, ihre Daten auch für die Suche nach Asteroiden zu verwenden. Dazu bedienten sie sich einer Bildverarbeitungstechnik, die erstmals in den 1990er-Jahren entwickelt wurde. Bei diesem Shift-and-Stack-Verfahren werden mehrere Bilder, die dasselbe Sichtfeld zeigen, verschoben und übereinandergelegt. Koppelt man dies mit modernen Computeralgorithmen zur Suche von beweglichen Objekten in den Bilddaten, werden kleine Himmelskörper sichtbar, die ansonsten im Rauschen untergehen.

In ihrer neuen Studie nutzten die Forscher Daten des James Webb Space Telescope, das besonders empfindlich für Infrarotlicht ist. Ziel war es, insbesondere nach kleineren Asteroiden zu suchen. Da Asteroiden im infraroten Bereich heller leuchten als im sichtbaren Bereich des Spektrums, sind sie mit dem JWST leichter zu erkennen als mit optischen Teleskopen. Das Team wandte seinen Ansatz auf JWST-Aufnahmen des Sterns TRAPPIST-1 an, der 40 Lichtjahre von der Erde entfernt ist und dessen Planetensystem de Wit erforscht. Die Daten – etwa 10.000 Bilder des Sterns – wurden ursprünglich aufgenommen, um nach Anzeichen dafür zu suchen, dass die inneren Planeten des Systems eine Atmosphäre besitzen.

Jetzt analysierten die Forscher sie erneut mit dem Shift-and-Stack-Verfahren, um nach Objekten in unserem eigenen Sonnensystem zu suchen, die im Vordergrund der Bilder vorbeifliegen. Auf diese Weise fanden sie zunächst acht bereits bekannte Asteroiden. Eine weitere Analyse förderte 138 neue Asteroiden zu Tage, viele mit einem Durchmesser zwischen zehn und hundert Metern. Es handelt sich um die kleinsten Asteroiden des Hauptgürtels, die bisher entdeckt wurden. Das Team vermutet, dass die Bahnen einiger dieser Asteroiden instabil sind und sie demnächst in der näheren Umgebung der Erde auftauchen könnten. Bei einem anderen Objekt handelt es sich wahrscheinlich um einen Trojaner – einen Asteroiden, der auf der gleichen Bahn um die Sonne kreist wie der Planet Jupiter.

„Wir haben viel mehr neue Objekte entdeckt als erwartet, vor allem kleine Asteroiden“, sagt de Wit. Das sei ein Zeichen dafür, dass die Forscher Zugang zu einem ganz neuen Teil der Asteroidenpopulation erhalten hätten. Das Team nimmt an, dass die kleinen Objekte durch Kaskaden von Kollisionen entstehen, die Asteroiden mit einer Größe von weniger als etwa hundert Metern in viele kleinere Fragmente zertrümmern.

U. Oldenburg / RK