Trans-neptunske Objekter

Tenerifeprojekt, Oktober 2005

Af Anna S. Riis, Louise Thomsen og Daniel S. Otykier

Indhold:

Indledning

Indenfor de sidste par årtier, har jordbaserede optiske teleskoper med påmonterede CCD-kameraer, vist sig at give enestående muligheder, når det kommer til søgen efter fjerntliggende objekter i kredsløb om solen. Man har fundet objekter, hvis størrelser er sammenlignelige med Plutos, hvorfor spørgsmålet om Plutos klassifikation som en planet atter rejses. For hvis Pluto er en planet, bør eventuelle større objekter så ikke også klassificeres som planeter?

En fællesbetegnelse for disse planeter er TNOer - Trans-neptunske Objekter, eller KBOer (Kuiper-bælte Objekter). Definitionen på disse objekter er ikke-kometlignende objekter, hvis halve storakse er større end Neptuns. Pluto er et specielt tilfælde af en TNO. Idag kendes godt 1000 TNOer, der iøvrigt er klassificeret yderligere som følger:


Figur 1 - Størrelsessammenligning for de største kendte TNO'er samt nogle kendte planeter og deres måner.

Endelig skal nævnes Sedna, som ikke klassificeres som en TNO, men derimod som et Indre Oort-sky objekt. Den er den eneste kendte af sin art.

På observationsturen til Tenerife i oktober 2005, valgte vi TNOen 2003 UB313. Dette valg skyldtes naturligvis dennes placering på nattehimlen. Ved at optage flere billeder af den, med timers mellemrum, får vi mulighed for at bestemme parametre som koordinater og tangentialhastighed. Disse data vil vi sammenligne med de simulerede data for UB313.

 

Om UB313

Her vil vi først præsentere en række nye data for UB313 fra andre kilder.


Figur 2 - Billede af 2003 UB313 "Xena og Gabrielle" taget fra W.M. Keck Observatoriet,
Californien.

 Billedet til venstre er taget på W. M. Keck Observatoriet i Californien i oktober 2005. Det afslører at 2003 UB313 har en måne. UB313 og dens måne har fået øgenavnene "Xena og Gabrielle".

Astronomer ved idag med sikkerhed, at UB313 har en albedo på mindre end 1.0. Ud fra den tilsyneladende magnitude har man derfor beregnet, at dens diameter er større end Plutos. Det nuværende bedste bud på albedoen, er 0.6 (svarende til Plutos) og det implicerer en diameter på 2900 km.

Man arbejder i øjeblikket på analyser af billeder fra Spitzer rumteleskopet, der med sikkerhed vil give os mange flere oplysninger om solsystemets mulige kandidat til den 10. planet.

Der vides iøvrigt følgende om UB313:

Eccentricitet 0.4378
Halve storakse 67.89 AU
Perihelion 38.2 AU
Aphelion 97.610 AU
Periode 203,500 d (557 år)
Middelhastighed 3.436 km/s
Inclination 43.993°
Middel anomali 197.5379°

Kilder: (1), (2) og (3)

 

Observation af UB313

Som nævnt, faldt vores valg af TNO på den såkaldte 2003 UB313. Tilgængelige data for denne nyopdagede TNO (annonceret juli 2005), viste at denne TNO har en magnitude på omtrent 19. Altså tilstrækkelig højt for observation med det tilgængelige udstyr. Fra MPES (Minor Planet Ephemeris Service) fik vi en liste over beregnede koordinater og andre egenskaber for UB313 til observationstidspunktet. Disse kan ses på dette link. Som det ses, er magnituden i V 18.7.

Formålet med vores observation af UB313, er at undersøge om de tilgængelige forudberegnede data stemmer overens med vores observation. Dette kan eventuelt bruges til en korrektion af beregningsalgoritmen for UB313s data.

Teleskopet

Observatorio del Teide, Tenerife som bekendt befinder sig på en vulkan, 2373 m over havet, har udemærkede fasciliteter på deres mange forskellige teleskoper. Vi anvendte Teide-observatoriets 82 cm IAC80 Cassegrain spejlteleskop. Dette teleskop er udstyret med en 1024x1024 CCD chip, som sammen med teleskopets øvrige dimensioner giver anledning til et synsfelt på 7.3'×7.3'. Til observationen af 2003 UB313 anvendte vi udelukkende et Johnson V-filter.

Til styring af teleskopet anvendes et fuldt computerstyret program. Teleskopet er også udstyret med en mindre kiggert hvorpå et videokamera er monteret. Billederne fra dette videokamera føres ind i et andet program, som bruges til at korrigere for tracking-fejl - Autoguidance. Endelig blev CCD'en styret fra et helt tredje program.

Forhold

Vi observerede 2003 UB313 over 2 nætter: Natten mellem d. 28. og 29. oktober samt natten mellem d. 29. og 30. oktober. Disse to nætter var vi heldige med vejret. Der var skyfrit, god seeing og ingen månelys i observationsretningen.

Billeder

I tabel 1 herunder ses en oversigt over de billeder vi tog af objektet. Linkene henviser til de kalibrerede og bias/flat-kompenserede billeder på serveren. FIT-filer. Koordinaterne er angivet i 2005.8 epoke. Eksponeringstid i [s]. Dato og tidspunkt er UTC.

Dato & tid RA Dec Eksp.tid Fil
28-10-05 23:16:02 01 37 13 -5 35 13 60 Oct280042
28-10-05 23:25:23 01 37 13 -5 35 15 900 Oct280043
28-10-05 23:41:22 01 37 13 -5 35 18 900 Oct280044
28-10-05 23:58:01 01 37 22 -5 35 21 30 Oct280045
29-10-05 02:22:04 01 37 16 -5 35 09 30 Oct280200
29-10-05 02:24:05 01 37 16 -5 35 11 30 Oct280201
29-10-05 02:26:17 01 37 16 -5 34 06 30 Oct280202
29-10-05 02:28:06 01 37 16 -5 36 15 30 Oct280203
29-10-05 02:30:08 01 37 16 -5 36 12 900 Oct280204
29-10-05 21:25:26 01 37 11 -5 35 09 30 Oct290020
29-10-05 21:27:38 01 37 11 -5 35 09 1200 Oct290021
30-10-05 01:00:23 01 37 15 -5 35 41 600 Oct290033

Tabel 1 - En oversigt over samtlige billeder taget af 2003 UB313

Bemærk at de opgivne koordinater i tabellen ovenfor, er teleskopsystemets koordinater. Disse er ikke kalibrerede efter nogen standardstjerner. En del af billederne er taget med kort eksponeringstid ( < 2 minutter). På disse billeder ses TNOen ikke. Disse billeder blev kun brugt af rent praktiske årsager, som prøvebilleder for at rette teleskopet ind. De billeder vi vil beskæftige os med i det følgende, er Oct280044, Oct280204, Oct290021 og Oct290033.

Databehandling

Efter at have kalibreret billederne efter koordinaterne på 3 kendte stjerner i billedet, var det nu muligt at foretage beregninger på dem. Kalibreringen foregik i et dertil egnet IDL-program (X-Y to RA-Dec skrevet af Henrik Robenhagen). Bestemmelse af koordinatet for TNOen kunne derefter også udføres af dette program, vha. fit til en 2-dimensionel gauss kurve.

Hastighed

Efter kalibreringen, fandt vi følgende koordinater for vores TNO, til de fire tidspunkter (svarende til hvert billede):

Dato & tid RA Dec
28-10-05 23:41:22 01 36 55.669 -5 37 42.38
29-10-05 02:30:08 01 36 55.371 -5 37 43.32
29-10-05 21:27:38 01 36 53.601 -5 37 50.18
30-10-05 01:00:23 01 36 53.343 -5 37 51.40

Tabel 2 - Kalibrerede koordinater for 2003 UB313

På figuren herunder ses et plot af vinkelafstanden som funktion af tiden:


Figur 3 - Plot af positionen som funktion af tiden. x-aksen angiver tiden i sekunder.
y-aksen angiver afstanden fra et arbitrært 0-punkt i buesekunder.

På figur 3 ses også et lineært fit til måledataene. Dette fit benyttes til bestemmelse af TNOens tangentialhastighed. Resultatet blev:

Dette afviger med godt 12% fra dataene opgivet i MPES (0,024"/min).

Korrektion af koordinater

Tilsvarende laves et lineært fit af rektascensionen og deklinationen hver for sig. Dette anvendes til en interpolering (og en enkelt forud- og bagud-ekstrapolering) af TNOens koordinater til midnatstidspunkterne. I tabel 3 herunder ses en sammenligning af de fundne koordinater, og tallene fra MPES. Rektascensioner er opgivet i sekunder, deklinationer er opgivet i buesekunder:

Dato RA Dec RA (MPES) Dec (MPES) RA Afvigelse Dec Afvigelse
27-10-2005 5820.39 -20243.0 5820.1 -20246 0.005% 0.015%
28-10-2005 5818.20 -20251.5 5817.8 -20255 0.007% 0.017%
29-10-2005 5816.00 -20260.0 5815.6 -20263 0.007% 0.015%
30-10-2005 5813.80 -20268.5 5813.4 -20271 0.007% 0.012%
31-10-2005 5811.61 -20277.0 5811.2 -20280 0.007% 0.015%

Tabel 3 - Sammenligning af koordinater

Teleskopet har en opløsning på 0.4325 buesekunder pr. pixel, så selv om afvigelserne er små, er de altså helt op til 10 pixels på det anvendte teleskop. De fundne koordinater er derfor formentlig en god korrektion til de udregnede data. I tabel 4 herunder er de opsummeret til fremtidig brug.

Dato RA Dec RA (MPES) Dec (MPES)
27-10-2005 01 37 00.393 -5 37 22.96 01 37 00.1 -5 37 26
28-10-2005 01 36 58.196 -5 37 31.48 01 36 57.8 -5 37 35
29-10-2005 01 36 56.000 -5 37 40.00 01 36 55.6 -5 37 43
30-10-2005 01 36 53.804 -5 37 48.52 01 36 53.4 -5 37 51
31-10-2005 01 36 51.607 -5 37 57.04 01 36 51.2 -5 38 00

Tabel 4 - Opsummering

Animation

På linket herunder ses en sammensat gif-animation af de fire anvendte billeder. Billederne er blevet align'et i MaxIm, og har fået justeret lysstyrkeniveau samt reduceret støj. I øverste venstre hjørne ses dato og tidspunkt for billederne, samt en approksimativ tidsforskel imellem billederne (startende fra det første billede).


Link

Øvrigt

Udover projektet med TNOen 2003 UB313, tog vi også billeder af 3 forskellige stjernehobe, nemlig NGC 2158, Berkeley 64 og NGC 7654. De optagne billeder kan alle findes her (se logfilerne). Der blev taget billeder både med V, B, I og R filtre og med forskellige eksponeringstider. Uheldigvis viste det sig, da vi begyndte på billedanalysen, med det formål at lave farve-lysstyrke diagrammer, at kun NGC 2158 indeholdte stjerner med i forvejen kendte magnituder. Det lykkedes dog ikke at fastsætte disse absolutte magnituder grundet en fejl mellem overensstemmelse af data-plots og billed-plots på SIMBAD-survey'en.

Konklusion

Observationsturen til Tenerife i 2005, har givet os alle et meget godt indtryk i astronomisk praksis. Vi har lært utrolig meget om teleskoper, styring, billedtagning osv. Det er lykkedes os at observere en kendt (og idag, meget mediepopulær) TNO ved navn 2003 UB313 (øgenavn "Xena"). Vi har kunnet korrigere beregningsmodellen fra MPES (Minor Planet Ephemeris Service), med de koordinater vi fandt til observationstidspunktet. Der viste sig at være en mindre uovernsstemmelse omkring slutningen af oktober måned 2005, på helt op til 5 buesekunder. Endelig er det også lykkedes os at bestemme tangentialhastigheden af objektet. Grundet den høje eccentricitet, vil en bestemmelse af omløbstiden og den halve storakse for kredsløbet ud fra tangentialhastigheden være helt forkert. Nemlig en periode på ca 100 år, og en halv storakse på kun 21 AU (Neptun er på ca 30 AU). De sande tal læser 557 år og 67.9 AU.

Det har alt ialt været en meget udbytterig oplevelse.

Referencer

  1. Brown M.E., Trujillo C.A., Rabinowitz D.L. (2005), Discovery of a planetary-sized object in the scattered Kuiper belt, Astrophysical Journal Letters, submitted
  2. Brown M.E., van Dam M.A., Bouchez A.H. et all (2005), Satellites of the largest Kuiper belt objects, Astrophysical Journal Letters, submitted
  3. Gomes R.S., Gallardo T, Fernández J.A., Brunini A. (2005), On the origin of the High-Perihelion Scattered Disk: the role of the Kozai mechanism and mean motion resonances, Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy, v. 91, p. 109-129