P­r­i­n­c­e­t­o­n­ ­A­r­a­ş­t­ı­r­m­a­c­ı­l­a­r­ı­ ­İ­k­i­z­l­e­r­ ­M­e­t­e­o­r­ ­Y­a­ğ­m­u­r­u­n­u­n­ ­Ş­i­d­d­e­t­l­i­ ­K­ö­k­e­n­l­e­r­i­n­i­ ­O­r­t­a­y­a­ ­Ç­ı­k­a­r­ı­y­o­r­

Each winter, the Geminids meteoroids light up the sky as they race past Earth, producing one of the most intense meteor showers in our night sky. Until now, the Geminids had only been studied from Earth.

Now, Princeton researchers used observations from NASA’s Parker Solar Probe mission to deduce that it was likely a violent, catastrophic event — such as a high-speed collision with another body or a gaseous explosion — that created the Geminids. The findings, which were published in the Planetary Science Journal on June 15, narrow down hypotheses about this asteroid’s composition and history that would explain its unconventional behavior.

“Asteroids are like little time capsules for the formation of our solar system,” said Jamey Szalay, research scholar at the Princeton University space physics laboratory and co-author on the paper. “They were formed when our solar system was formed, and understanding their composition gives us another piece of the story.”

An unusual asteroid

Unlike most known meteor showers that come from comets, which are made of ice and dust, the Geminids stream seems to originate from an asteroid — a chunk of rock and metal — called 3200 Phaethon.

“Most meteoroid streams are formed via a cometary mechanism, it’s unusual that this one seems to be from an asteroid,” said Wolf Cukier, undergraduate class of 2024 at Princeton and lead author on the paper.

“Additionally, the stream is orbiting slightly outside of its parent body when it’s closest to the sun, which isn’t obvious to explain just by looking at it,” he added, referring to a recent study with Parker Solar Probe images of the Geminids led by Karl Battams of the Naval Research Laboratory.

Princeton araştırmacıları, NASA’nın Parker Solar Probe görevinden elde edilen gözlemleri kullanarak, Geminids meteoroid akışını oluşturan şeyin muhtemelen şiddetli, yıkıcı bir olay – başka bir cisimle yüksek hızlı çarpışma veya gaz patlaması gibi – olduğunu anladılar. Kredi: NASA/Johns Hopkins APL/Ben Smith

Bir kuyruklu yıldız Güneş’e yaklaştığında ısınır ve yüzeydeki buzun bir gaz kuyruğu salmasına neden olur ve bu da beraberinde küçük buz ve toz parçalarını da sürükler. Bu malzeme, Güneş’in yerçekimi içinde kaldığı için kuyruklu yıldızın arkasından gitmeye devam ediyor. Zamanla, bu tekrarlanan süreç, bir meteoroid akışı oluşturmak için ana gövdenin yörüngesini malzeme ile doldurur.

Ancak 3200 Phaethon gibi asteroitler kaya ve metalden yapıldıkları için, tipik olarak kuyruklu yıldızlar gibi Güneş’in sıcaklığından etkilenmezler, bu da bilim adamlarını gece gökyüzünde 3200 Phaethon akıntısının oluşumuna neyin sebep olduğunu merak etmeye bırakıyor.

Szalay, “Gerçekten tuhaf olan, 3200 Phaethon’un bir asteroit olduğunu bilmemiz, ancak Güneş’in yanından geçerken bir tür sıcaklık kaynaklı aktiviteye sahip gibi görünüyor” dedi. “Çoğu asteroit bunu yapmaz.”

Bazı araştırmacılar, 3200 Phaethon’un aslında tüm karını kaybetmiş ve geriye yalnızca bir asteroide benzeyen kayalık bir çekirdek bırakmış bir kuyruklu yıldız olabileceğini öne sürmüşlerdir. Ancak yeni Parker Solar Probe verileri, 3200 Phaethon’un faaliyetlerinin bir kısmının sıcaklıkla ilgili olmasına rağmen, Geminid akışının oluşmasına muhtemelen bir kuyruklu yıldız mekanizmasının değil, çok daha yıkıcı bir şeyin neden olduğunu gösteriyor.

Zaman kapsülünün açılması

Cukier ve Szalay, İkizler akıntısının kökeni hakkında bilgi edinmek için yeni Parker Solar Probe verilerini kullanarak üç olası oluşum senaryosunu modelledi ve ardından bu modelleri Dünya tabanlı gözlemlerden oluşturulan mevcut modellerle karşılaştırdı.

Cukier, “Bir meteoroid akışının ‘temel’ oluşum modeli ve ‘şiddetli’ yaratılış modeli denen şeyler var” dedi. “Modellenmesi en basit şey olduğu için buna ‘temel’ deniyor, ama aslında bu süreçlerin ikisi de şiddet içeriyor, sadece şiddetin farklı dereceleri.”

Yakın Dünya asteroit 3200 Phaethon. Kredi: Arecibo Gözlemevi/NASA/NSF

Bu farklı modeller, farklı senaryolara dayanan fizik yasalarına göre gerçekleşecek olaylar zincirini yansıtır. Örneğin, Cukier, ortaya çıkan yörüngenin nasıl görüneceğini görmek ve onu Dünya ile karşılaştırmak için sıfır bağıl hızla – veya 3200 Phaethon’a göre hız veya yön olmadan – asteroitten salınan tüm malzeme yığınlarını simüle etmek için temel modeli kullandı. Parker Solar Probe araştırma verileri tarafından gösterilen yörünge.

Daha sonra, sanki parçalar ani, şiddetli bir olayla yerinden oynamış gibi, saatte bir kilometreye varan bağıl bir hızla asteroitten salınan malzemeyi simüle etmek için şiddetli yaratım modelini kullandı.

Ayrıca çoğu göktaşı akıntısının oluşumunun arkasındaki mekanizma olan kuyruklu yıldız modelini simüle etti. Ortaya çıkan simüle edilmiş yörünge, Geminidlerin yörüngesinin Parker Solar Probe verilerine göre gerçekte nasıl göründüğü ile en az eşleşeniydi, bu yüzden bu senaryoyu elediler.

Ekip, modellerin her birinden alınan simüle edilmiş yörüngeleri karşılaştırırken, şiddetli modellerin en çok Parker Solar Probe verileriyle tutarlı olduğunu buldu; bu, başka bir cisimle yüksek hızlı çarpışma gibi ani, şiddetli bir olayın muhtemel olduğu anlamına geliyor. Diğer olasılıkların yanı sıra gaz patlaması Geminids akışını yarattı.

Araştırma, Szalay ve Maryland, Laurel’deki Johns Hopkins Uygulamalı Fizik Laboratuvarı’nda (APL) inşa edilen ve bir araya getirilen Parker Solar Probe görevinden birkaç meslektaşın büyük bulutun yapısının ve davranışının bir resmini bir araya getirmek için yaptığı çalışmalara dayanıyor. güneş sisteminin en iç kısmında dönen toz.

Sanatçının güneşe yaklaşan Parker Solar Probe uzay aracı konsepti. Eşsiz Geminid meteor yağmuru üzerinde çalışan Princeton araştırmacıları, NASA’nın Parker Güneş Sondası’ndan alınan verileri kullanarak, Geminid meteoroid akışını yüksek hızlı bir çarpışma veya gaz patlaması gibi feci bir olayın yarattığı sonucuna vardılar. Kredi: NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben

Geçen kuyruklu yıldızlardan ve asteroitlerden dökülen tozlu tanecik bulutuna en iyi doğrudan bakışı elde etmek için Parker’ın uçuş yolundan – onu Güneş’ten sadece milyonlarca mil ötede, tarihteki herhangi bir uzay aracından daha yakın bir yörüngede sallayan bir yörünge – yararlandılar.

Prob, toz parçacıklarını doğrudan ölçmese de, toz parçacıklarını akıllı bir şekilde takip edebilir: toz taneleri uzay aracını yolu boyunca fırlattıkça, yüksek hızlı darbeler plazma bulutlar. Bu çarpma bulutları, sondanın Güneş’in yakınındaki elektrik ve manyetik alanları ölçmek için tasarlanmış SAHALAR aletindeki birkaç sensör tarafından toplanan elektrik potansiyelinde benzersiz sinyaller üretir.

APL’deki Parker Solar Probe proje bilimcisi Nour Raouafi, “Uzay aracımızın şu anda topladığı türünün ilk örneği olan veriler, önümüzdeki yıllarda analiz edilecek” dedi. “Ve her seviyeden ve beceriden bilim adamlarının Güneş’e, güneş sistemine ve ötesindeki evrene ışık tutmak için onu kazdığını görmek heyecan verici.”

Yıldızlara ulaşmak

Cukier, dış uzay hakkında bilgi edinme tutkusunun departman desteğiyle birleştiğinde onu bu projeyi sürdürmeye motive eden şey olduğunu söyledi.

Princeton uzay fiziği laboratuvarı tarafından sunulan bir uygulamalı laboratuvar dersini aldıktan sonra – şu anda Parker Solar Probe’da Güneş’in ortamını örnekleyenler gibi uzay aletleri yapımında pratik deneyim kazandığı – ve lisans astronomi kulübü için sayman olarak hizmet ettikten sonra, karar verdi. ders dışı araştırma yapmak istedi.

Princeton Uzay Fiziği grubundaki bilim adamlarına ulaştığında coşkuyla karşılandı. “Herkes özellikle astrofizikte lisans araştırmasını çok destekliyor çünkü bu gerçekten bölüm kültürünün bir parçası” dedi.

Uzay Fiziği grubu başkanı ve Princeton Plazma Fiziği Laboratuvarı başkan yardımcısı David McComas, “Wolf gibi öğrencilerimizin bu tür uzay araştırmalarına bu kadar güçlü bir şekilde katkıda bulunabilmesi her zaman harikadır” dedi.PPPL). “Birçoğumuz yıllardır Geminid meteor gösterilerine hayranlık duyduk ve sonunda bunların muhtemelen nasıl oluştuğunu gösteren verilere ve araştırmalara sahip olmak harika.”

Cukier, çocukluğundan beri gökyüzünü izlemeye ilgi duyduğunu söyledi. “Gezegen bilimi şaşırtıcı derecede erişilebilir,” dedi. “Örneğin İkizler için, bu yıl 14 Aralık gecesi herkes dışarı çıkıp yukarı bakabilir. Princeton’dan görülebiliyor ve meteorlardan bazıları gerçekten parlak. Görmenizi şiddetle tavsiye ederim.”

Bu keşif hakkında daha fazla bilgi için, bkz. Parker Solar Probe, Geminid Meteor Yağmurunun Olağandışı, Şiddetli Kökenine Işık Tutuyor.

Referans: “Formation, Structure, and Detectability of the Geminids Meteoroid Stream”, yazan WZ Cukier ve JR Szalay, 15 Haziran 2023, Gezegen Bilimi Dergisi.
DOI: 10.3847/PSJ/acd538

WZ Cukier ve JR Szalay tarafından hazırlanan “Formation, Structure, and Detectability of the Geminids Meteoroid Stream” 15 Haziran 2023’te Planetary Science Journal (DOI 10.3847/PSJ/acd538) tarafından yayınlandı. Araştırma, Parker Solar Probe Misafir Araştırmacı Programı (80NSSC21K1764) tarafından desteklenmiştir. Parker Solar Probe, NASA’nın Güneş-Dünya sisteminin yaşamı ve toplumu doğrudan etkileyen yönlerini keşfetmeye yönelik Living with a Star programının bir parçasıdır. Program, NASA’nın Bilim Misyon Müdürlüğü’nün Güneş Fiziği Bölümü için NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi tarafından yönetilmektedir. APL, NASA için Parker Solar Probe görevini yönetiyor.