Webb obserwuje trzy planety karłowate w Pasie Kuipera

W koncepcji tego artysty nowo odkryty obiekt przypominający planetę, zwany Sedną, znajduje się na zewnętrznych krawędziach znanego Układu Słonecznego. Źródło obrazu: NASA/JPL-Caltech

za pomocą Kosmiczny Teleskop Jamesa WebbaAstronomowie zaobserwowali trzy planety karłowate w… Pas KuiperaOraz odkrycie lekkich węglowodorów i złożonych cząsteczek. Wyniki te pogłębiają naszą wiedzę na temat obiektów w zewnętrznym Układzie Słonecznym i podkreślają możliwości Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba w eksploracji kosmosu.

the Pas KuiperaRozległy region na skraju naszego Układu Słonecznego, zamieszkały przez niezliczone ciała lodowe, jest skarbnicą odkryć naukowych. Detekcja i charakterystyka Obiekty z Pasa Kuipera (KBO), czasami określane jako Obiekty transneptunowe (Organy TNO) doprowadziło do nowego zrozumienia historii Układu Słonecznego. Odrzucanie obiektów z Pasa Kuipera jest wskaźnikiem prądów grawitacyjnych, które ukształtowały Układ Słoneczny i ujawnia dynamiczną historię migracji planet. Od końca XX wieku naukowcy chętnie przyglądają się bliżej obiektom Pasa Kuipera, aby dowiedzieć się więcej o ich orbitach i składzie.

Obserwacje Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba

Badanie obiektów w zewnętrznym Układzie Słonecznym jest jednym z wielu celów Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST). Wykorzystanie danych uzyskanych przez Webba Spektrometr bliskiej podczerwieni (NIRSpec) międzynarodowy zespół astronomów zaobserwował trzy planety karłowate w Pasie Kuipera: Sedna, Jungjung i Kwar. Obserwacje te ujawniły wiele interesujących rzeczy na temat ich orbit i składu, w tym lekkich węglowodorów i złożonych cząsteczek organicznych, które uważa się za produkty napromieniania metanem.

Badaniami kierował Joshua Emery, profesor astronomii i planetologii na Uniwersytecie Północnej Arizony. Dołączyli do niego badacze z NASACentrum Lotów Kosmicznych Goddarda (GSFC). Instytut Astrofizyki Przestrzennej (Uniwersytet Paryż-Saclay). Instytut Pinheada, Instytut Kosmiczny Florydy (Uniwersytet Centralnej Florydy). Obserwatorium Lowella, Południowo-Zachodni Instytut Badawczy (Swei) i Instytut Naukowy Teleskopów Kosmicznych (STScI), Uniwersytet Amerykański. i Uniwersytet Cornella. Przedruk ich artykułu pojawił się w Internecie i jest sprawdzany pod kątem publikacji przez Ikar.

Od czasu ostatniego przelotu obok obiektu Arrokoth w Pasie Kuipera misja New Horizons bada obiekty w Pasie Kuipera oraz prowadzi obserwacje heliosferyczne i astrofizyczne. Źródło zdjęcia: NASA/JHUAPL/SwRI//Roman Tkachenko

Historia eksploracji Pasa Kuipera

Pomimo całego postępu w astronomii i robotycznych odkrywcach, to, co wiemy o Trans-Neptunie i Pasie Kuipera, jest wciąż ograniczone. Póki co jedyne zadanie związane z nauką Uran, NeptunIch głównymi satelitami były… Podróżnik 2 Misja przeleciała obok tych dwóch lodowych gigantów odpowiednio w 1986 i 1989 roku. Co więcej, nowe Horyzonty Misja była pierwszym statkiem kosmicznym, który został zbadany Pluton i jego satelitów (w lipcu 2015 r.) i jako jedyny napotkał obiekt Pasa Kuipera, co miało miejsce 1 stycznia 2019 r., kiedy przeleciał w pobliżu Pasa Kuipera znanego jako Arrokoth.

Prognozy astronomów z JWST

Jest to jeden z wielu powodów, dla których astronomowie z niecierpliwością czekają na wystrzelenie Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba. Oprócz badania egzoplanet i najstarszych galaktyk we wszechświecie, na naszym podwórku skierowano także potężne możliwości obrazowania w podczerwieni, ujawniając nowe obrazy… Mars, Jowiszi jej Największy satelita. W swoich badaniach Emery i jego współpracownicy oparli się na danych w bliskiej podczerwieni uzyskanych przez Webba dla trzech planet w Pasie Kuipera – Sedna, Gungong i Kuar. Obiekty te mają średnicę około 1000 km (620 mil), co oznacza, że ​​mieszczą się w ich obrębie Klasyfikacja planet karłowatych Międzynarodowa Unia Astronomiczna.

Spostrzeżenia na temat planet karłowatych

Jak Emery powiedział Universe Today za pośrednictwem poczty elektronicznej, obiekty te są szczególnie interesujące dla astronomów ze względu na ich rozmiar, orbity i skład. Inne obiekty transneptunowe – takie jak Pluton, Eris, Haumea i Makemake – zachowały na swojej powierzchni lotne lody (azot, metan itp.). Jedynym wyjątkiem jest Haumea, która straciła swoje substancje lotne w (najwyraźniej) znaczący sposób. Jak powiedział Emery, chcieli wiedzieć, czy Sedna, Goonggong i Quaoar również mają podobne substancje lotne na swoich powierzchniach:

„Poprzednie prace pokazały, że mogą to zrobić. Chociaż wszystkie mają mniej więcej podobne rozmiary, ich orbity są różne. Sedna to obiekt z wewnętrznego Obłoku Oorta z peryhelium 76 AU i apogeum około 1000 AU. Gunggung znajduje się w orbita eliptyczna Również wyjątkowo, z peryhelium 33 AU i apogeum ~ 100 AU, Kuar znajduje się na stosunkowo kołowej orbicie w pobliżu 43 AU. Na tych orbitach obiekty znajdują się w różnych reżimach temperaturowych i różnych środowiskach radiacyjnych (na przykład Sedna „spędza większość czasu przebywa poza heliosferą Słońca. Chcieliśmy zbadać, jak te różne orbity wpływają na powierzchnie. Na powierzchniach znajdują się także inne interesujące lody i złożone materiały organiczne”.

Zdjęcia z jednej z dwóch obserwacji Sedny, Goonggong i Quoar za pomocą PRISM. Źródło: Emery, J.P. i in. (2023)

Korzystając z danych z instrumentu Webb NIRSpec, zespół obserwował wszystkie trzy obiekty w trybie pryzmatu o niskiej rozdzielczości przy długościach fal w zakresie od 0,7 do 5,2 mikrometra (µm), umieszczając je wszystkie w widmie bliskiej podczerwieni. Dodatkowe obserwacje Quaoar przeprowadzono w zakresie od 0,97 do 3,16 μm przy użyciu siatek o średniej rozdzielczości z dziesięciokrotnie większą rozdzielczością widmową. Uzyskane widma ujawniły kilka interesujących rzeczy na temat obiektów TNO i składu ich powierzchni, powiedział Emery:

„Znaleźliśmy obfitość etanu (C2H6) na trzech ciałach, zwłaszcza na Sednie. Sedna pokazuje również acetylen (C2H2) i etylen (C2H4). Obecność jest związana z orbitą (większość na Sednie, mniej na Gunggung i przynajmniej na Kuwarze), co jest zgodne z temperaturami względnymi i środowiskami radiacyjnymi. Cząsteczki te są produktami bezpośredniego napromieniowania metanu (CH4). Gdyby etan (lub inny) znajdował się na powierzchniach przez dłuższy czas, zostałby przekształcony w bardziej złożone cząsteczki w wyniku napromieniowania. Ponieważ nadal je widzimy, wątpimy, czy dachy muszą być uzupełniane metanem (CH4) w miarę regularnie.

Odkrycia te są zgodne z wynikami dwóch ostatnich badań prowadzonych przez dr Willa Grundy’ego, astronoma z Obserwatorium Lowell i współpracownika NASA. nowe Horyzonty misji oraz Chris Glenn, planetolog i geochemik w SwRI. W obu badaniach Grundy, Glenn i ich współpracownicy zmierzyli stosunek deuteru do wodoru (D/H) w metanie na obiektach Iris i Makemake i doszli do wniosku, że metan nie jest prymitywny. Zamiast tego, ich zdaniem, proporcje wynikają z metanu przetwarzanego wewnątrz i dostarczanego na powierzchnię.

„Sugerujemy, że to samo może dotyczyć Sedny, Gonggong i Quaoar” – powiedział Emery. „Widzimy również, że widma Sedny, Goonggong i Quaoar różnią się od widm mniejszych KBO. Na dwóch ostatnich konferencjach odbyły się rozmowy, które wykazały, że dane JWST dla mniejszych KBO skupiają się w trzech grupach, z których żadna nie przypomina Sedny, Gonggong i Quaoar Zgadzają się, że jest to wynik, mimo że nasze trzy większe ciała mają różną historię geotermalną.

Porównanie ośmiu największych TNO z Ziemią (wszystko w skali). Źródło: NASA/Lexicon

Implikacje wyników

Wyniki te mogą mieć ważne implikacje dla badań obiektów Pasa Kuipera, TNO i innych obiektów w zewnętrznym Układzie Słonecznym. Obejmuje to nowe spojrzenie na powstawanie obiektów poza linią szronu w układach planetarnych, która odnosi się do linii, powyżej której zamarzają lotne związki. W naszym Układzie Słonecznym obszar transneptunowy odpowiada linii azotu, gdzie obiekty zatrzymują duże ilości materiałów lotnych o bardzo niskich temperaturach zamarzania (takich jak azot, metan i amoniak). Emery powiedział, że te odkrycia ilustrują również rodzaj procesów ewolucyjnych zachodzących w ciałach w tym regionie:

„Głównym efektem może być znalezienie objętości, przy której obiekty Pasa Kuipera nagrzewają się wystarczająco, aby umożliwić wewnętrzne przetworzenie pierwotnego lodu, a być może nawet zróżnicowanie. Powinniśmy także móc wykorzystać te widma, aby lepiej zrozumieć obróbkę radiacyjną lodu powierzchniowego w zewnętrzne Układy Słoneczne.” Przyszłe badania pozwolą również bardziej szczegółowo przyjrzeć się stabilności substancji lotnych i możliwości istnienia atmosfer w tych obiektach powyżej dowolnej części ich orbit.

Wyniki tego badania pokazują również możliwości Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, który od chwili uruchomienia na początku ubiegłego roku kilkukrotnie udowodnił swoją wartość. Przypomina nam również, że oprócz umożliwienia nowego wglądu i nowych odkryć na temat odległych planet, galaktyk i wielkoskalowej struktury wszechświata, Webb może także ujawnić rzeczy na temat naszego małego zakątka wszechświata.

„Dane z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba są niesamowite” – dodał Emery. „Umożliwiło nam to uzyskanie widm na falach dłuższych niż mogliśmy z Ziemi, co umożliwiło nam wykrycie tych lodów. Często podczas obserwacji w nowym zakresie długości fal surowe dane mogą być bardzo niskiej jakości. Teleskop Jamesa Webba nie została otwarta Sonda kosmiczna nie tylko zapewniła nowy zakres długości fal, ale także dostarczyła niezwykle wysokiej jakości i czułe dane na temat szeregu materiałów powierzchniowych w zewnętrznym Układzie Słonecznym.

Na podstawie artykułu pierwotnie opublikowanego na Wszechświat dzisiaj.

Odniesienie: „Opowieść o trzech planetach karłowatych: lód i substancje organiczne w Sednie, Gunggong i Kuwarze z JWST Spectroskopii” J.P. Emery’ego, I. Wonga, 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 i D. C. Hines, 26 września 2023 r., Astrofizyka > Fizyka Ziemi i planet Astrofizyka.
arXiv:2309.15230