použitím Vesmírny teleskop Jamesa WebbaAstronómovia pozorovali tri trpasličie planéty Kuiperov pásA objavenie ľahkých uhľovodíkov a zložitých molekúl. Tieto výsledky zlepšujú naše chápanie objektov vo vonkajšej slnečnej sústave a zdôrazňujú schopnosti vesmírneho teleskopu Jamesa Webba na prieskum vesmíru.

a Kuiperov pásRozľahlý región na okraji našej slnečnej sústavy, obývaný nespočetnými ľadovými telesami, je pokladnicou vedeckých objavov. Detekcia a charakterizácia Predmety Kuiperovho pásu (KBOs), niekedy označované ako Transneptúnske objekty (orgány TNO) viedol k novému chápaniu histórie slnečnej sústavy. Ubúdanie objektov Kuiperovho pásu je indikátorom gravitačných prúdov, ktoré formovali slnečnú sústavu a odhaľuje dynamickú históriu migrácií planét. Od konca 20. storočia sa vedci snažia bližšie pozrieť na objekty Kuiperovho pásu, aby sa dozvedeli viac o ich dráhach a zložení.

Pozorovania vesmírneho teleskopu Jamesa Webba

Štúdium objektov vo vonkajšej slnečnej sústave je jedným z mnohých cieľov vesmírneho teleskopu Jamesa Webba (JWST). Pomocou údajov získaných Webb Blízky infračervený spektrometer (NIRSpec), medzinárodný tím astronómov pozoroval tri trpasličie planéty v Kuiperovom páse: Sedna, Jungjung a Kwar. Tieto pozorovania odhalili veľa zaujímavých vecí o ich dráhach a zložení, vrátane ľahkých uhľovodíkov a zložitých organických molekúl, o ktorých sa predpokladá, že sú produktmi ožarovania metánom.

Výskum viedol Joshua Emery, profesor astronómie a planetárnej vedy na univerzite v Severnej Arizone. Pridali sa k nemu výskumníci z r NASAGoddard Space Flight Center (GSFC). Ústav priestorovej astrofyziky (Université Paris-Saclay). Pinhead Institute, Floridský vesmírny inštitút (University of Central Florida). Lowellovo observatórium, Juhozápadný výskumný ústav (Swei) a Vedecký inštitút pre vesmírny teleskop (STScI), Americká univerzita. a Cornell University. Predtlač ich papiera sa objavila online a je posúdená na uverejnenie Ikar.

Od svojho posledného preletu okolo objektu Arrokoth v Kuiperovom páse misia New Horizons skúma objekty v Kuiperovom páse a vykonáva heliosférické a astrofyzikálne pozorovania. Obrazový kredit: NASA/JHUAPL/SwRI//Roman Tkachenko

História prieskumu Kuiperovho pásu

Napriek všetkým pokrokom v astronómii a robotických prieskumníkoch je to, čo vieme o Trans-Neptúne a Kuiperovom páse, stále obmedzené. Zatiaľ jediná úloha štúdia Urán, NeptúnIch hlavnými satelitmi boli Voyager 2 Misia preletela okolo týchto dvoch ľadových obrov v rokoch 1986 a 1989. Navyše, nové horizonty Misia bola prvou kozmickou loďou, ktorú študovali Pluto a jeho satelitov (v júli 2015) a ako jediný sa stretol s objektom v Kuiperovom páse, čo sa stalo 1. januára 2019, keď preletel blízko Kuiperovho pásu známeho ako Arrokoth.

Predpovede astronómov z JWST

To je jeden z mnohých dôvodov, prečo astronómovia netrpezlivo očakávali spustenie vesmírneho teleskopu Jamesa Webba. Okrem štúdia exoplanét a najstarších galaxií vo vesmíre boli na náš dvor nasmerované aj výkonné infračervené zobrazovacie schopnosti, ktoré odhaľujú nové snímky… Mars, Jupitera jej Najväčší satelit. Pri svojej štúdii sa Emery a jeho kolegovia spoliehali na blízke infračervené údaje získané Webbom pre tri planéty v Kuiperovom páse – Sedna, Gungong a Kuar. Tieto objekty majú priemer asi 1 000 km (620 mi), čo ich zaraďuje medzi seba Medzinárodná astronomická únia klasifikácia trpasličích planét.

Prehľady o trpasličích planétach

Ako Emery povedal Universe Today prostredníctvom e-mailu, tieto objekty sú pre astronómov obzvlášť zaujímavé kvôli ich veľkosti, obežným dráham a zloženiu. Iné transneptúnske objekty – ako Pluto, Eris, Haumea a Makemake – si na svojom povrchu zachovali prchavé ľady (dusík, metán atď.). Jedinou výnimkou je Haumea, ktorá stratila svoje prchavé látky v (zrejme) výraznom účinku. Ako povedal Emery, chceli vedieť, či Sedna, Goonggong a Quaoar majú na svojich povrchoch podobné prchavé látky:

„Predchádzajúca práca ukázala, že by mohli byť schopní. Aj keď majú všetky približne rovnakú veľkosť, ich obežné dráhy sú odlišné. Sedna je objekt z vnútorného Oortovho oblaku s perihéliom 76 AU a apogeom približne 1 000 AU. Gunggung je v eliptická dráha Tiež extrémne, s perihéliom 33 AU a apogeom ~100 AU, je Kwar na relatívne kruhovej dráhe blízko 43 AU. Tieto dráhy umiestňujú objekty do rôznych teplotných režimov a rôznych radiačných prostredí (Sedna, napríklad: „Strávi väčšinu času mimo heliosféru Slnka. Chceli sme preskúmať, ako tieto rôzne dráhy ovplyvňujú povrchy. Na povrchoch sú aj ďalšie zaujímavé ľady a zložité organické materiály.“

Obrázky z jedného z dvoch pozorovaní PRISM Sedna, Goonggong a Quoar. Poďakovanie: Emery, J. P. a kol. (2023)

Pomocou údajov z nástroja Webb NIRSpec tím pozoroval všetky tri objekty v hranolovom režime s nízkym rozlíšením pri vlnových dĺžkach od 0,7 do 5,2 mikrometrov (µm) – všetky ich umiestnil do blízkeho infračerveného spektra. Ďalšie pozorovania Quaoar sa uskutočnili od 0, 97 do 3, 16 μm pomocou mriežok so stredným rozlíšením s desaťnásobným spektrálnym rozlíšením. Výsledné spektrá odhalili niektoré zaujímavé veci o týchto objektoch TNO a ich povrchových zloženiach, povedal Emery:

„Našli sme množstvo etánu (C2H6) na troch telesách, najmä na Sedne. Sedna tiež vykazuje acetylén (C2H2) a etylén (C2H4). Množstvo súvisí s obežnou dráhou (najviac na Sedne, menej na Gunggungu a prinajmenšom na Kuwar), čo je v súlade s relatívnou teplotou a radiačným prostredím. Tieto molekuly sú produktom priameho ožiarenia metánu (CH4). Ak by bol etán (alebo iný) prítomný na povrchoch dlhší čas, premenil by sa na zložitejšie molekuly ožiarením. Keďže ich stále vidíme, pochybujeme, že strechy musia byť tankované metánom (CH4) pomerne pravidelne.

Tieto zistenia sú v súlade so zisteniami prezentovanými v dvoch nedávnych štúdiách vedených Dr. Willom Grundym, astronómom z Lowell Observatory a pridruženým vyšetrovateľom NASA. nové horizonty misia a Chris Glenn, planetárny vedec a geochemik v SwRI. V oboch štúdiách Grundy, Glenn a ich kolegovia merali pomery deutérium/vodík (D/H) v metáne na Iris a Makemake a dospeli k záveru, že metán nebol primitívny. Namiesto toho tvrdia, že pomery vyplývajú zo spracovania metánu vo vnútri a dodávania na povrch.

„Navrhujeme, že to isté môže platiť pre Sednu, Gonggong a Quaoar,“ povedal Emery. „Vidíme tiež, že spektrá Sedna, Goonggong a Quaoar sa líšia od spektier menších KBO. Na dvoch nedávnych konferenciách sa uskutočnili rozhovory, ktoré ukázali, že údaje vesmírneho teleskopu Jamesa Webba pre menšie KBO sa zhlukujú do troch skupín, z ktorých žiadna pripomínajú Sednu, Gonggong a Quaoar Súhlasia Toto je výsledok, aj keď naše tri väčšie telesá majú rozdielnu geotermálnu históriu.

Porovnanie ôsmich najväčších TNO so Zemou (všetko v mierke). Poďakovanie: NASA/Lexicon

Dôsledky výsledkov

Tieto výsledky by mohli mať dôležité dôsledky pre štúdium objektov Kuiperovho pásu, TNO a iných objektov vo vonkajšej slnečnej sústave. To zahŕňa nový pohľad na formovanie objektov za čiarou mrazu v planetárnych systémoch, čo sa týka čiary, za ktorou prchavé zlúčeniny zamŕzajú. V našej slnečnej sústave transneptúnska oblasť zodpovedá čiare dusíka, kde objekty zadržiavajú veľké množstvo prchavých materiálov s veľmi nízkymi bodmi mrazu (ako je dusík, metán a amoniak). Emery povedal, že tieto zistenia tiež ilustrujú typ evolučných procesov vyskytujúcich sa v telách v tejto oblasti:

„Primárnym dopadom môže byť zistenie objemu, pri ktorom sa objekty Kuiperovho pásu zohriali dostatočne na vnútorné prepracovanie prvotného ľadu a možno aj na diferenciáciu. Mali by sme byť tiež schopní použiť tieto spektrá na lepšie pochopenie radiačného spracovania povrchového ľadu v vonkajšia slnečná sústava.“ Budúce štúdie sa tiež budú môcť podrobnejšie pozrieť na nestabilnú stabilitu a možnosť atmosfér v týchto objektoch nad akoukoľvek časťou ich obežných dráh.

Výsledky tejto štúdie tiež demonštrujú schopnosti vesmírneho teleskopu Jamesa Webba, ktorý sa od začiatku minulého roka niekoľkokrát osvedčil. Pripomínajú nám tiež, že okrem umožnenia nových pohľadov a objavov vzdialených planét, galaxií a rozsiahlej štruktúry vesmíru môže Webb odhaliť aj veci o našom vlastnom malom kúte vesmíru.

„Údaje z vesmírneho teleskopu Jamesa Webba sú úžasné,“ dodal Emery. „Umožnilo nám to získať spektrá na dlhších vlnových dĺžkach, ako sme mohli zo Zeme, čo nám umožnilo odhaliť tieto ľady. Často pri pozorovaní v novom rozsahu vlnových dĺžok môžu byť nespracované údaje veľmi zlej kvality. Teleskop Jamesa Webba nebol otvorená Vesmírna sonda nielenže poskytla nový rozsah vlnových dĺžok, ale poskytla aj fantasticky kvalitné a citlivé údaje pre celý rad povrchových materiálov vo vonkajšej slnečnej sústave.

Upravené z článku pôvodne uverejneného na Vesmír dnes.

Odkaz: „Príbeh troch trpasličích planét: ľad a organické látky v Sedne, Gunggong a Kuwar z JWST Spectroscopy“ od J. P. Emeryho, I. Wong, R. Brunetto, J.C. Cook, N. Pinilla-Alonso, J. A. Stansbury, B. J. Holler, W. M. Grundy, S. Protopapa, A. C. Souza-Feliciano, E. Fernández-Valenzuela, J. I. Lunine a D. C. Hines, 26. septembra 2023, Astrofyzika > Fyzika Zeme a planét Astrofyzika.
arXiv:2309.15230