Im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter tummeln sich rund 200 Asteroiden, die mehr als 100 Kilometer im Durchmesser messen. Diese uralten Objekte haben die 4,6 Milliarden Jahre seit ihrer Entstehung relativ unversehrt überstanden, während sie sich auf stabilen Bahnen bewegen. Bei Asteroiden, die kleiner sind als ein Kilometer, nehmen Kollisionen jedoch eine zentrale Rolle ein, was dazu führt, dass immer wieder Brocken in die Nähe der Erde gelangen. Feuerkugeln, Einschlagkrater und Meteoritenfunde belegen die faszinierende Verbindung zwischen diesen Himmelskörpern und unserem Planeten. Um die Prozesse hinter der Entstehung und Entwicklung dieser Meteoroiden besser zu verstehen, wäre eine Untersuchung der Bruchstücke direkt nach ihrer Formation notwendig – ein Vorhaben, das bisher ohne interplanetare Sondenmission unmöglich war.

Die Analyse von kleinen oder lichtschwachen Körpern im Sonnensystem erfordert präzise Kenntnisse ihrer Bahnbewegungen und lange Messungen. Mit dem James Webb Space Telescope (JWST) können solche Beobachtungen durchgeführt werden, wobei die Instrumente im Infrarotbereich arbeiten. Kleinplaneten erscheinen in diesem Licht sogar besonders hell. Allerdings ist die Beobachtungszeit des JWST begrenzt und die Anzahl verfügbarer Subkilometer-Asteroiden extrem gering. Zudem können mit dem JWST nur begrenzte Bereiche des Himmels untersucht werden, was die Suche nach diesen Objekten erschwert.

In einer spannenden neuen Forschungsinitiative unter der Leitung von Artem Burdanov und Julien de Wit am Massachusetts Institute of Technology (MIT) wurde ein innovativer Ansatz verfolgt: Sie durchsuchten eine Vielzahl von MIRI-Aufnahmen des JWST-Archivs von TRAPPIST-1. Dieser massearme, leuchtschwache rote Zwergstern, der etwa 40 Lichtjahre von der Erde entfernt ist, wird von sieben Planeten umkreist und bietet ideale Bedingungen für die Untersuchung erdähnlicher Himmelskörper. Mit mehr als 93 Stunden Beobachtungszeit stehen umfassende Daten im F1500W-Band von MIRI zur Verfügung.

Die Forscher stellten die Frage: Können bei diesen Messungen bekannte oder unbekannte Asteroiden in der Nähe der Ekliptik beobachtet werden? Die Antwort auf die bekannten Kleinplaneten war relativ einfach zu finden. Bei den Messzeiten waren insgesamt acht Asteroiden im Blickfeld von TRAPPIST-1 sichtbar. Ihre Umweltstrahlung konnte genutzt werden, um die Größe und das Albedo dieser Objekte zu bestimmen. Diese erstreckt sich von 400 Metern bis etwa 2,5 Kilometern, wobei die dunkelsten Oberflächen lediglich 6 Prozent des Sonnenlichts reflektieren.

Die Entdeckung unbekannter Asteroiden kann durch die Analyse von Strichspuren in den Bildern erfolgen. Bei 40 Sekunden Belichtungszeit bewegen sich typische Kandidaten im Asteroidengürtel, jedoch sind nur die hellsten und schnellsten Objekte klar sichtbar. Durchschnittlich schwächere Himmelskörper gehen im Bildrauschen unter. Der Einsatz von speziellen Methoden zur Bildkombination ermöglicht es jedoch, auch schwächere Signale sichtbar zu machen.

Durch den Einsatz moderner Computertechnologie und Grafikkarten konnten die Forscher etwa 10.000 TRAPPIST-1-Aufnahmen in verschiedenen Geschwindigkeitsbereichen kombinieren, wodurch ihre Suche nach unbekannten Objekten erheblich verbessert wurde. Diese Analyse führte zu mehreren Hunderten von Quellen, von denen 138 strengen Kriterien für einen zuverlässigen Nachweis entsprachen. Dies bedeutet, dass während der Aufnahmezeiten 8 bekannte und mindestens 138 unbekannte Asteroiden diese Region des Himmels durchquerten.

Zusätzlich liefert die Untersuchung der Größe und Häufigkeitsverteilung dieser Asteroiden wertvolle Einblicke in die Dynamik des Asteroidengürtels. Die meisten der neu entdeckten Objekte haben Größen zwischen 10 und 500 Metern und sind höchstwahrscheinlich Überreste von Kollisionen. Statistische Analysen der Größe zeigen, dass viele kleine Brocken das Ergebnis wiederholter Kollisionen sind, was auf gravitative Wechselwirkungen hinweist.

Ein kürzlich durchgeführte Studie zeigte, dass etwa 70 Prozent der heute bekannten Meteoriten aus drei sehr jungen Asteroidenfamilien stammen, die aus dramatischen Kollisionen großer Objekte resultieren, die vor Millionen von Jahren stattfanden. Dieses Wissen über die Entstehung von Asteroidenfamilien und ihre Rolle in der Erzeugung von Meteoritenmaterial könnte entscheidend für zukünftige Abwehrstrategien gegen potenziell gefährliche Asteroiden sein. Die aktuelle Studie zum Auffinden von 138 bisher unbekannten Asteroiden stellt einen bedeutenden Fortschritt dar und lässt uns auf weitere spannende Entdeckungen hoffen.