Вебб спостерігає три карликові планети в поясі Койпера

використовуючи Космічний телескоп Джеймса ВеббаАстрономи спостерігали три карликові планети в пояс КойпераІ відкриття легких вуглеводнів і складних молекул. Ці результати покращують наше розуміння об’єктів зовнішньої сонячної системи та підкреслюють можливості космічного телескопа Джеймса Вебба для дослідження космосу.

в пояс КойпераВеличезний регіон на краю нашої Сонячної системи, населений незліченними крижаними тілами, є скарбницею наукових відкриттів. Виявлення та характеристика Об’єкти поясу Койпера (KBO), які іноді називають Транснептунові об’єкти (органи ТНО) призвели до нового розуміння історії Сонячної системи. Зникнення об’єктів поясу Койпера є індикатором гравітаційних течій, які сформували Сонячну систему, і розкриває динамічну історію міграцій планет. З кінця 20 століття вчені прагнули ближче розглянути об’єкти поясу Койпера, щоб дізнатися більше про їхні орбіти та склад.

Спостереження космічного телескопа Джеймса Вебба

Вивчення об’єктів зовнішньої Сонячної системи є однією з багатьох цілей космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST). Використовуючи дані, отримані Webb Близький інфрачервоний спектрометр (NIRSpec), міжнародна група астрономів спостерігала три карликові планети в поясі Койпера: Седна, Чонджунг і Квар. Ці спостереження показали багато цікавих речей про їхні орбіти та склад, включаючи легкі вуглеводні та складні органічні молекули, які, як вважають, є продуктами опромінення метаном.

Дослідження проводилися під керівництвом Джошуа Емері, професора астрономії та планетології в Університеті Північної Арізони. До нього приєдналися дослідники с НАСАЦентр космічних польотів Годдарда (GSFC). Інститут просторової астрофізики (Університет Париж-Сакле). Інститут Pinhead, Космічний інститут Флориди (Університет Центральної Флориди). Обсерваторія Лоуелл, Південно-Західний науково-дослідний інститут (Swei), і Науковий інститут космічного телескопа (STScI), Американський університет. і Корнельський університет. Препринт їх статті з’явився в Інтернеті та розглядається для публікації Ікар.

З моменту останнього прольоту повз об’єкт Arrokoth у поясі Койпера місія New Horizons досліджує об’єкти в поясі Койпера та проводить геліосферні та астрофізичні спостереження. Автор зображення: NASA/JHUAPL/SwRI//Роман Ткаченко

Історія дослідження поясу Койпера

Незважаючи на всі досягнення в астрономії та роботів-дослідників, те, що ми знаємо про Транснептун і пояс Койпера, все ще обмежене. Поки що єдине завдання навчання Уран, НептунЇх головними сателітами були Вояджер 2 Місія пролетіла біля цих двох крижаних гігантів у 1986 і 1989 роках відповідно. Крім того, нові горизонти Ця місія стала першим космічним кораблем, який вивчався Плутон і його супутники (у липні 2015 року) і єдиний, хто зустрів об’єкт пояса Койпера, що сталося 1 січня 2019 року, коли він пролетів близько до поясу Койпера, відомого як Аррокот.

Прогнози астрономів від JWST

Це одна з багатьох причин, чому астрономи з нетерпінням чекали запуску космічного телескопа Джеймса Вебба. Окрім вивчення екзопланет і найстаріших галактик у Всесвіті, потужні можливості інфрачервоного зображення також були спрямовані на наш двір, відкриваючи нові зображення… Марс, Юпітері її Найбільший супутник. Для свого дослідження Емері та його колеги спиралися на дані ближнього інфрачервоного діапазону, отримані Веббом для трьох планет у поясі Койпера — Седна, Гунгонг і Куар. Діаметр цих об’єктів становить близько 1000 км (620 миль), тобто вони знаходяться в межах Класифікація карликових планет Міжнародного астрономічного союзу.

Інсайти про карликові планети

Як повідомив Емері Universe Today електронною поштою, ці об’єкти особливо цікаві астрономам через їх розмір, орбіти та склад. Інші транснептунові об’єкти, такі як Плутон, Еріда, Хаумеа та Макемаке, зберігають на своїх поверхнях летючі льоди (азот, метан тощо). Єдиним винятком є ​​Хаумеа, яка втратила свої летючі речовини в (очевидно) значному ефекті. Як сказав Емері, вони хотіли знати, чи мають Sedna, Goonggong і Quaoar подібні леткі речовини на своїх поверхнях:

«Попередня робота показала, що вони можуть це зробити. Хоча всі вони приблизно однакового розміру, їхні орбіти різні. Седна — це об’єкт із внутрішньої хмари Оорта з перигелієм 76 астрономічних одиниць і апогею близько 1000 астрономічних одиниць. Гунгунг знаходиться в еліптична орбіта Крім того, з перигелієм 33 астрономічних одиниць і апогею ~100 астрономічних одиниць, Kwar знаходиться на відносно круговій орбіті поблизу 43 астрономічних одиниць. Ці орбіти розміщують об’єкти в різних температурних режимах і різних радіаційних середовищах (наприклад, Седна, «Він витрачає більшість часу він знаходиться поза геліосферою Сонця. Ми хотіли дослідити, як ці різні орбіти впливають на поверхні. На поверхнях також є інші цікаві льоди та складні органічні матеріали».

Зображення з одного з двох спостережень PRISM Sedna, Goonggong і Quoar. Авторство: Emery, J.P. та ін. (2023)

Використовуючи дані інструменту Webb NIRSpec, команда спостерігала за всіма трьома об’єктами в режимі призми з низькою роздільною здатністю на довжинах хвиль від 0,7 до 5,2 мікрометрів (мкм), поміщаючи їх усіх у ближній інфрачервоний спектр. Додаткові спостереження Quaoar проводилися від 0,97 до 3,16 мкм з використанням сіток середньої роздільної здатності з десятикратною спектральною роздільною здатністю. Отримані спектри показали деякі цікаві речі про ці об’єкти TNO та їх поверхневий склад, сказав Емері:

“Ми виявили велику кількість етану (C2H6) на трьох тілах, особливо на Седні. Седна також демонструє ацетилен (C2H2) і етилен (C2H4). Велика кількість пов’язана з орбітою (більше на Седні, менше на Гунгунг і принаймні на Kuwar), що узгоджується з відносними температурами та радіаційним середовищем. Ці молекули є продуктами прямого опромінення метану (CH4). Якби етан (або інший) був присутній на поверхнях протягом тривалого часу, він би перетворився на Оскільки ми все ще бачимо їх, ми сумніваємося, що дахи потрібно заправляти метаном (CH4) досить регулярно.

Ці висновки узгоджуються з результатами двох недавніх досліджень під керівництвом доктора Вілла Гранді, астронома з обсерваторії Лоуелл і асоційованого дослідника NASA. нові горизонти місії та Кріс Гленн, планетолог і геохімік з SwRI. В обох дослідженнях Гранді, Гленн та їхні колеги виміряли співвідношення дейтерій/водень (D/H) у метані на Айріс та Макемаке та дійшли висновку, що метан не був примітивним. Замість цього, стверджують вони, співвідношення є результатом обробки метану всередині та доставки на поверхню.

«Ми припускаємо, що те ж саме може бути вірно для Sedna, Gonggong і Quaoar», — сказав Емері. “Ми також бачимо, що спектри Седна, Гонгонг і Кваоар відрізняються від спектрів менших KBO. На двох нещодавніх конференціях було показано, що дані космічного телескопа Джеймса Вебба для менших KBO кластеризовані в три групи, жодна з яких схожі на Седну, Гонгонг і Кваоар Вони погоджуються, що це результат, хоча наші три більші тіла мають різну геотермальну історію.

Порівняння восьми найбільших TNO з Землею (усі в масштабі). Авторство: NASA/Lexicon

Наслідки результатів

Ці результати можуть мати важливі наслідки для вивчення об’єктів поясу Койпера, TNO та інших об’єктів зовнішньої Сонячної системи. Це включає нове розуміння формування об’єктів за лінією замерзання в планетарних системах, яка відноситься до лінії, за якою летючі сполуки замерзають. У нашій Сонячній системі транснептуновий регіон відповідає лінії азоту, де об’єкти зберігають велику кількість летких матеріалів із дуже низькими температурами замерзання (таких як азот, метан і аміак). Емері сказав, що ці відкриття також ілюструють тип еволюційних процесів, що відбуваються в тілах у цьому регіоні:

“Основний вплив може полягати в тому, щоб знайти об’єм, при якому об’єкти поясу Койпера стали достатньо теплими для внутрішньої переробки первісного льоду і, можливо, навіть диференціації. Ми також повинні мати можливість використовувати ці спектри, щоб краще зрозуміти радіаційну обробку поверхневого льоду в зовнішня сонячна система». Майбутні дослідження також зможуть більш детально розглянути нестабільну стабільність і можливість існування атмосфер у цих об’єктах над будь-якою частиною їхніх орбіт.

Результати цього дослідження також демонструють можливості космічного телескопа Джеймса Вебба, який кілька разів довів свою цінність з початку роботи на початку минулого року. Вони також нагадують нам, що на додаток до нових уявлень і відкриттів щодо далеких планет, галактик і великомасштабної структури Всесвіту, Вебб також може розкрити деталі про наш маленький куточок Всесвіту.

«Дані космічного телескопа Джеймса Вебба вражають», — додав Емері. «Це дозволило нам отримати спектри на більших довжинах хвиль, ніж ми могли б із Землі, що дозволило нам виявити ці льоди. Часто під час спостережень у новому діапазоні довжин хвиль необроблені дані можуть бути дуже низької якості. Телескоп Джеймса Вебба не був відкрито Космічний зонд не тільки забезпечив новий діапазон довжин хвиль, але й надав фантастично високоякісні та чутливі дані для ряду поверхневих матеріалів зовнішньої Сонячної системи.

Адаптовано зі статті, спочатку опублікованої на Всесвіт сьогодні.

Довідка: «Розповідь про три карликові планети: лід і органічні речовини в Седні, Гунгоні та Куварі за даними спектроскопії JWST» Дж. П. Емері, І. Вонг, Р. Брунетто, Дж. Сі Кук, Н. Пінілья-Алонсо, Дж. А. Стенсбері, Б. Дж. Холлер, В. М. Гранді, С. Протопапа, А. К. Соуза-Фелісіано, Е. Фернандес-Валенсуела, Дж. І. Лунін і Д. К. Хайнс, 26 вересня 2023 р., Астрофізика > Фізика Землі та планет Астрофізика.
arXiv:2309.15230