Fastest Orbiting Asteroid Discovered at NOIRLab’s CTIO

The asteroid designated 2021 PH₂₇ was discovered by Scott S. Sheppard of the Carnegie Institution of Science in data collected by the Dark Energy Camera (DECam) mounted on the Víctor M. Blanco 4-meter Telescope at Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO) in Chile. The discovery images of the asteroid were taken by Ian Dell’antonio and Shenming Fu of Brown University in the twilight skies on the evening of 13 August 2021. Sheppard had teamed up with Dell’antonio and Fu while conducting observations with DECam for the Local Volume Complete Cluster Survey, which is studying most of the massive galaxy clusters in the local Universe [1]. They took time out from observing some of the largest objects millions of light-years away to search for far smaller objects — asteroids — closer to home.

One of the highest-performance, wide-field CCD imagers in the world, DECam was designed for the Dark Energy Survey (DES) funded by the DOE, was built and tested at DOE’s Fermilab, and was operated by the DOE and NSF between 2013 and 2019. At present DECam is used for programs covering a huge range of science. The DECam science archive is curated by the Community Science and Data Center (CSDC). CTIO and CSDC are programs of NSF’s NOIRLab. 

Twilight, just after sunset or before sunrise, is the best time to hunt for asteroids that are interior to Earth’s orbit, in the direction of the two innermost planets, Mercury and Venus. As any stargazer will tell you, Mercury and Venus never appear to get very far from the Sun in the sky and are always best visible near sunrise or sunset. The same holds for asteroids that also orbit close to the Sun.

Following 2021 PH₂₇’s discovery, David Tholen of the University of Hawai‘i measured the asteroid’s position and predicted where it could be observed the following evening. Subsequently, on 14 August 2021, it was observed once more by DECam, and also by the Magellan Telescopes at the Las Campanas Observatory in Chile. Then, on the evening of the 15th, Marco Micheli of the European Space Agency used the Las Cumbres Observatory network of 1- to 2-meter telescopes to observe it from CTIO in Chile and from South Africa, in addition to further observations from DECam and Magellan, as astronomers postponed their originally scheduled observations to get a sight of the newly found asteroid. 

“Though telescope time for astronomers is very precious, the international nature and love of the unknown make astronomers very willing to override their own science and observations to follow up new, interesting discoveries like this,” says Sheppard.

Planets and asteroids orbit the Sun in elliptical (or oval-shaped) orbits, with the widest axis of the ellipse having a radius described as the semi-major axis. 2021 PH₂₇ has a semi-major axis of 70 million kilometers (43 million miles or 0.46 au), giving it a 113-day orbital period on a elongated orbit that crosses the orbits of both Mercury and Venus [2]. 

It may have begun life in the main Asteroid Belt between Mars and Jupiter and got dislodged by gravitational disturbances from the inner planets that drew it closer to the Sun. Its high orbital inclination of 32 degrees suggests, however, that it might instead be an extinct comet from the outer Solar System that got captured into a closer short-period orbit when passing near one of the terrestrial planets. Future observations of the asteroid will shed more light on its origins.

Its orbit is probably also unstable over long periods of time, and it will likely eventually either collide with Mercury, Venus or the Sun in a few million years, or be ejected from the inner Solar System by the inner planets’ gravitational influence.

Astronomers have a hard time finding these interior asteroids because they are very often hidden by the glare of the Sun. When asteroids get so close to our nearest star, they experience a variety of stresses, such as thermal stresses from the Sun’s heat, and physical stresses from gravitational tidal forces. These stresses could cause some of the more fragile asteroids to break up.

“The fraction of asteroids interior to Earth and Venus compared to exterior will give us insights into the strength and make-up of these objects,” says Sheppard. If the population of asteroids on similar orbits to 2021 PH₂₇ appears depleted, it could tell astronomers what fraction of near-Earth asteroids are piles of rubble that are loosely held together, as opposed to solid chunks of rock, which could have consequences for asteroids that might be on a collision course with Earth and how we might deflect them.

“Understanding the population of asteroids interior to Earth’s orbit is important to complete the census of asteroids near Earth, including some of the most likely Earth impactors that may approach Earth during daylight and that cannot easily be discovered in most surveys that are observing at night, away from the Sun,” says Sheppard. He adds that since 2021 PH₂₇ approaches so close to the Sun, “…its surface temperature gets to almost 500 degrees C (around 900 degrees F) at closest approach, hot enough to melt lead”.

Because 2021 PH₂₇ is so close to the Sun’s massive gravitational field, it experiences the largest general relativistic effects of any known Solar System object. This reveals itself as a slight angular deviation in the asteroid’s elliptical orbit over time, a movement called precession, which amounts to about one arcminute per century [3].

The asteroid is now entering solar conjunction when from our point of view it is seen to move behind the Sun. It is expected to return to visibility from Earth early in 2022, when new observations will be able to determine its orbit in more detail, allowing the asteroid to get an official name.

Notes

[1] The Local Volume Complete Cluster Survey (LoVoCCS) is an NSF’s NOIRLab survey program that is using DECam to measure the dark matter distribution and the galaxy population in 107 nearby galaxy clusters. These deep exposures will allow a clean comparison of faint variable objects when combined with data from Vera C. Rubin Observatory.

[2] 2021 PH₂₇ is only one of around 20 known Atira asteroids that have their orbits completely interior to the Earth’s orbit.

[3] Observation of Mercury’s precession puzzled scientists until Einstein’s general theory of relativity explained its orbital adjustments over time. 2021 PH₂₇’s precession is even faster than Mercury’s. 

More information

This research was reported to the Minor Planet Center.

NSF’s NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory), the US center for ground-based optical-infrared astronomy, operates the international Gemini Observatory (a facility of NSF, NRC–Canada, ANID–Chile, MCTIC–Brazil, MINCyT–Argentina, and KASI–Republic of Korea), Kitt Peak National Observatory (KPNO), Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO), the Community Science and Data Center (CSDC), and Vera C. Rubin Observatory (operated in cooperation with the Department of Energy’s SLAC National Accelerator Laboratory). It is managed by the Association of Universities for Research in Astronomy (AURA) under a cooperative agreement with NSF and is headquartered in Tucson, Arizona. The astronomical community is honored to have the opportunity to conduct astronomical research on Iolkam Du’ag (Kitt Peak) in Arizona, on Maunakea in Hawai‘i, and on Cerro Tololo and Cerro Pachón in Chile. We recognize and acknowledge the very significant cultural role and reverence that these sites have to the Tohono O’odham Nation, to the Native Hawaiian community, and to the local communities in Chile, respectively.

The DOE Office of Science is the single largest supporter of basic research in the physical sciences in the United States and is working to address some of the most pressing challenges of our time.

Links

• Minor Planet Electronic Circular
• Photos of DECam
• Photos of the Víctor M. Blanco Telescope
• Videos of the Víctor M. Blanco Telescope

Contacts

Scott Sheppard
Earth and Planets Laboratory
Carnegie Institution for Science
Email: [email protected]

Lars Lindberg Christensen
NSF’s NOIRLab
Head of Communications, Education & Engagement
Cell: +1 520 461 0433
Email: [email protected]

 

Descubren en Cerro Tololo el asteroide más rápido

Con cerca de un kilómetro de ancho, la roca espacial 2021 PH27es el vecino más cercano del Sol

Utilizando la poderosa Cámara de Energía Oscura (DECam) en Cerro Tololo, en Chile, los astrónomos descubrieron hace apenas diez días un asteroide con el período orbital más corto de los asteroides conocidos en el Sistema Solar, llevándolo apenas a 20 millones de kilómetros de distancia al Sol cada 113 días, más cerca que cualquier otro objeto conocido. Este nuevo asteroide, bautizado como 2021 PH27 y de aproximadamente 1 kilómetro de diámetro, es el segundo objeto más rápido en completar una vuelta alrededor del Sol después del planeta Mercurio. El asteroide, que fue identificado en imágenes obtenidas durante el crepúsculo, está tan cerca del campo gravitacional masivo del Sol que experimenta los efectos relativistas más grandes que cualquier otro objeto conocido del Sistema Solar.

El asteroide, designado provisionalmente como 2021 PH₂₇, fue descubierto por el astrónomo Scott S. Sheppard de la Carnegie Institution of Science al estudiar los datos recopilados por la Dark Energy Camera (DECam), de 570 megapíxeles, que se encuentra montada en el Telescopio Víctor M. Blanco de 4 metros en Cerro Tololo (CTIO), en Chile. Las imágenes del descubrimiento del asteroide fueron tomadas por Ian Dell’antonio y Shenming Fu, de la Universidad de Brown, en el cielo crepuscular de la noche del 13 de agosto de este año. Sheppard trabajaba con Dell’antonio y Fu, mientras realizaba observaciones con DECam para el denominado “Estudio Completo de Cúmulos de Volumen Local”, con el objetivo de investigar la mayoría de los cúmulos masivos de galaxias en el Universo local [1]. Sin embargo, se tomaron un tiempo para buscar asteroides cerca de casa.

El crepúsculo, al amanecer o al atardecer, es el mejor momento para cazar asteroides que se encuentran al interior de la órbita de la Tierra, en la dirección de los dos planetas más interiores: Mercurio y Venus. Los aficionados al cielo nocturno saben bien que Mercurio y Venus nunca están lejos del Sol en el cielo, y siempre son visibles cerca del amanecer o el atardecer. Lo mismo se aplica a los asteroides que orbitan cerca del Sol.

Luego del descubrimiento de 2021 PH₂₇, David Tholen de la Universidad de Hawaii, midió la posición del asteroide y predijo dónde podría ser observado la noche siguiente. Posteriormente, el 14 de agosto de 2021, fue observado nuevamente por DECam, y también por los Telescopios de Magallanes en el Observatorio Las Campanas en Chile. En la noche del día 15, Marco Micheli de la Agencia Espacial Europea, utilizó la red del Observatorio Las Cumbres con telescopios de 1 a 2 metros para observarlo desde CTIO en Chile y desde Sudáfrica, además de otras observaciones realizadas por DECam y los Magallanes, ya que los astrónomos pospusieron sus observaciones programadas originalmente para ver el asteroide recién descubierto.

“Aunque el tiempo de uso de telescopio para los astrónomos es muy valioso, la naturaleza internacional y el amor por lo desconocido hacen que los astrónomos estén muy dispuestos a postergar sus observaciones para colaborar en nuevos e interesantes descubrimientos como este”, explicó Sheppard.

Los planetas y asteroides orbitan alrededor del Sol en órbitas elípticas (o de forma ovalada), y el eje más ancho de la elipse tiene un radio descrito como el semieje mayor. El asteroide 2021 PH₂₇ tiene un eje semi-mayor de 70 millones de kilómetros (0,46 unidades astronómicas), lo que le da un período orbital de 113 días (el tiempo que gira alrededor del Sol), en una órbita alargada que se cruza con las órbitas de Mercurio y Venus [2].

Es posible que el asteroide provenga del cinturón de asteroides principal entre Marte y Júpiter, expulsado por perturbaciones gravitacionales de los planetas interiores que lo acercaron al Sol. Sin embargo, su alta inclinación orbital de 32 grados sugiere que podría ser un antiguo cometa proveniente del Sistema Solar exterior que fue capturado en una órbita más cercana de corto período al pasar cerca de uno de los planetas rocosos. Las observaciones futuras del asteroide darán más indicios sobre sus orígenes.

Su órbita probablemente también sea inestable durante largos períodos de tiempo, y probablemente chocará con Mercurio, Venus o el Sol en unos pocos millones de años, aunque también es posible que sea expulsado del Sistema Solar interior por la influencia gravitacional de los planetas interiores.

Los astrónomos tienen dificultades para encontrar estos asteroides interiores porque a menudo están ocultos por la intensa luz del Sol. Cuando los asteroides se acercan mucho al Sol, experimentan una variedad de influencias, como presiones térmicas debido al calor y tensiones físicas a causa de las fuerzas de marea gravitacionales. Estas presiones podrían provocar la ruptura de algunos de los asteroides más frágiles.

“La fracción de asteroides en órbitas más internas que las de la Tierra y Venus, en comparación con los que se encuentran en órbitas exteriores, nos dará una idea de la solidez y la composición de estos objetos“, dice Sheppard. Si la población de asteroides en órbitas similares a 2021 PH27 es reducida, podría decirles a los astrónomos qué fracción de los asteroides cercanos a la Tierra permanecen como montones de escombros, comparado a otros trozos sólidos de roca, lo que podría tener consecuencias para los asteroides que podrían estar en un curso de colisión con la Tierra y cómo podríamos desviarlos.

“Comprender la población de asteroides interiores a la órbita de la Tierra, es importante para completar el censo de asteroides cercanos a la Tierra, incluidos algunos de los más probables impactadores terrestres que pueden acercarse a la Tierra durante el día y que no se pueden descubrir fácilmente en la mayoría de los estudios que se observan de noche, lejos del Sol ”, precisó Sheppard. También agregó que como 2021 PH₂₇ se aproxima tanto al Sol, “su temperatura superficial llega a casi 500 grados Celcius (alrededor de 900 grados Fahrenheit), durante su aproximación más cercana, lo suficientemente caliente como para derretir el plomo“.

Como 2021 PH₂₇ está tan cerca al campo gravitacional masivo del Sol, experimenta los efectos relativistas generales más grandes que cualquier objeto conocido del Sistema Solar. Esto se ve en una ligera desviación angular en su órbita elíptica a lo largo del tiempo, un movimiento llamado precesión, que ocurre aproximadamente a un minuto de arco por siglo [3]. 

El asteroide ahora está entrando en conjunción solar, es decir se mueve detrás del Sol desde nuestro punto de vista. Se espera que vuelva a ser visible desde la Tierra a principios de 2022, cuando las nuevas observaciones podrán reducir su órbita a detalles más finos, lo que permitirá que el asteroide obtenga un nombre oficial.

DECam es uno de los generadores de imágenes CCD de campo amplio y de mayor rendimiento del mundo, que fue diseñado para el Estudio de Energía Oscura (DES, por sus siglas en inglés) y es financiado por el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE). Fue construido y probado en el Fermilab de DOE y operado por el DOE y la Fundación Nacional de Ciencia de los Estados Unidos (NSF) entre 2013 y 2019. En la actualidad, DECam se utiliza para programas que cubren una amplia gama de ciencias. El archivo científico de DECam está administrado por el Centro de Datos para la Comunidad Científica (CSDC). CTIO y CSDC son programas de NOIRLab de NSF.

Notas

[1] El Estudio Completo de Cúmulos de Volumen Local (LoVoCCS) es un programa de investigación de NOIRLab de NSF que está utilizando DECam para medir la distribución de materia oscura y la población de galaxias en 107 cúmulos de galaxias cercanas. Estas exposiciones profundas permitirán una comparación clara de objetos variables débiles cuando se combinen con los datos del Observatorio Vera C. Rubin.

[2] 2021 PH₂₇ es solo uno de cerca de 20 asteroides Atira conocidos, cuyas órbitas se encuentran completamente al interior de la órbita de la Tierra.

[3] Observaciones de la precesión de Mercurio desconcertó a los científicos hasta que la teoría general de la relatividad de Einstein explicó sus ajustes orbitales a lo largo del tiempo. La precesión de 2021 PH₂₇’s es incluso más rápida que la de Mercurio.

Más Información

Esta investigación se informó al Minor Planet Center.

NOIRLab de NSF (Laboratorio Nacional de Investigación en Astronomía Óptica-Infrarroja de NSF), el centro de EE. UU. para la astronomía óptica-infrarroja en tierra, opera el Observatorio internacional Gemini (una instalación de NSF, NRC–Canada, ANID–Chile, MCTIC–Brasil, MINCyT–Argentina y KASI – República de Corea), el Observatorio Nacional de Kitt Peak (KPNO), el Observatorio Interamericano Cerro Tololo (CTIO), el Centro de Datos para la Comunidad Científica (CSDC) y el Observatorio Vera C. Rubin (operado en cooperación con el National Accelerator Laboratory (SLAC) del Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE). Está administrado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) en virtud de un acuerdo de cooperación con NSF y tiene su sede en Tucson, Arizona. La comunidad astronómica tiene el honor de tener la oportunidad de realizar investigaciones astronómicas en Iolkam Du’ag (Kitt Peak) en Arizona, en Maunakea, en Hawai‘i, y en Cerro Tololo y Cerro Pachón en Chile. Reconocemos y apreciamos el importante rol cultural y la veneración que estos sitios tienen para la Nación Tohono O’odham, para la comunidad nativa de Hawai‘i y para las comunidades locales en Chile, respectivamente.

La Oficina de Ciencias del DOE es el mayor patrocinador de la investigación básica en ciencias físicas en los Estados Unidos y está trabajando para abordar algunos de los desafíos más urgentes de nuestro tiempo.

Enlaces

• Circular Electrónica de Minor Planet
• Fotografías de DECam
• Fotografías del Telescopio Victor M. Blanco
• Videos del Telescopio Victor M. Blanco

Contactos

Scott Sheppard

Earth and Planets Laboratory

Carnegie Institution for Science

Correo electrónico: [email protected]

Lars Lindberg Christensen

NSF’s NOIRLab

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