Уэбб наблюдает три карликовые планеты в поясе Койпера

По замыслу этого художника, недавно обнаруженный планетоподобный объект, названный Седна, расположен на внешних границах известной Солнечной системы. Источник изображения: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.

с использованием Космический телескоп Джеймса УэббаАстрономы наблюдали три карликовые планеты пояс КойпераИ открытие легких углеводородов и сложных молекул. Эти результаты расширяют наше понимание объектов внешней Солнечной системы и подчеркивают возможности космического телескопа Джеймса Уэбба для исследования космоса.

тот пояс КойпераОбширная область на краю нашей Солнечной системы, населенная бесчисленными ледяными телами, является сокровищницей научных открытий. Обнаружение и характеристика Объекты пояса Койпера (КБО), иногда называемые Транснептуновые объекты (Органы ТНО) привели к новому пониманию истории Солнечной системы. Потеря объектов пояса Койпера является индикатором гравитационных потоков, которые сформировали Солнечную систему, и раскрывает динамическую историю планетарных миграций. С конца 20-го века ученые стремились поближе познакомиться с объектами пояса Койпера, чтобы узнать больше об их орбитах и ​​составе.

Наблюдения космического телескопа Джеймса Уэбба

Изучение объектов внешней Солнечной системы — одна из многих целей космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST). Используя данные, полученные Уэббом Спектрометр ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec), международная группа астрономов наблюдала три карликовые планеты в поясе Койпера: Седна, Чонджунг и Квар. Эти наблюдения выявили много интересных вещей об их орбитах и ​​составе, включая легкие углеводороды и сложные органические молекулы, которые, как полагают, являются продуктами облучения метана.

Исследование возглавил Джошуа Эмери, профессор астрономии и планетологии в Университете Северной Аризоны. К нему присоединились исследователи из НАСАЦентр космических полетов Годдарда (GSFC). Институт пространственной астрофизики (Университет Париж-Сакле). Институт Пинхеда, Космический институт Флориды (Университет Центральной Флориды). Обсерватория Лоуэлла, Юго-Западный научно-исследовательский институт (Свей) и Научный институт космического телескопа (STScI), Американский университет. и Корнелльский университет. Препринт их статьи появился в Интернете и рассматривается для публикации Икар.

Со времени своего последнего пролета над объектом Аррокот в поясе Койпера миссия «Новые горизонты» исследовала объекты в поясе Койпера и проводила гелиосферные и астрофизические наблюдения. Изображение предоставлено: NASA/JHUAPL/SwRI//Роман Ткаченко

История исследования пояса Койпера

Несмотря на все достижения астрономии и роботов-исследователей, наши знания о Транснептуне и поясе Койпера по-прежнему ограничены. Пока единственная задача изучения Уран, НептунИх главными спутниками были Вояджер 2 Миссия пролетела мимо этих двух ледяных гигантов в 1986 и 1989 годах соответственно. Более того, новые горизонты Миссия стала первым космическим кораблем, изучавшим Плутон и его спутники (в июле 2015 г.) и единственный, кто столкнулся с объектом пояса Койпера, что произошло 1 января 2019 г., когда он пролетал недалеко от пояса Койпера, известного как Аррокот.

Прогнозы астрономов от JWST

Это одна из многих причин, по которой астрономы с нетерпением ждали запуска космического телескопа Джеймса Уэбба. В дополнение к изучению экзопланет и старейших галактик во Вселенной, мощные возможности инфракрасной визуализации также были направлены на наш задний двор, открывая новые изображения… Марс, ЮпитерИ ее Самый большой спутник. В своем исследовании Эмери и его коллеги опирались на данные ближнего инфракрасного диапазона, полученные Уэббом для трех планет пояса Койпера — Седны, Гунгонга и Куара. Эти объекты имеют диаметр около 1000 км (620 миль), что ставит их в пределах Классификация карликовых планет Международного астрономического союза.

Информация о карликовых планетах

Как сообщил Эмери Universe Today по электронной почте, эти объекты особенно интересны астрономам из-за их размера, орбит и состава. Другие транснептуновые объекты, такие как Плутон, Эрида, Хаумеа и Макемаке, сохранили на своей поверхности летучие льды (азот, метан и т. д.). Единственным исключением является Хаумеа, которая потеряла свои летучие компоненты (по всей видимости) в значительной степени. Как сказал Эмери, они хотели знать, есть ли на поверхности Седны, Гунггонга и Квавара аналогичные летучие вещества:

«Предыдущие работы показали, что они могут это сделать. Хотя все они примерно одинакового размера, их орбиты разные. Седна — это объект из внутреннего Облака Оорта с перигелием 76 а.е. и апогеем около 1000 а.е. эллиптическая орбита. Также чрезвычайно, с перигелием 33 а.е. и апогеем ~100 а.е., Куар находится на относительно круговой орбите около 43 а.е. Эти орбиты помещают объекты в разные температурные режимы и разную радиационную среду (Седна, например, «Он проводит большую часть времени находится за пределами гелиосферы Солнца. Мы хотели исследовать, как эти различные орбиты влияют на поверхности. На поверхности есть также другие интересные льды и сложные органические материалы».

Изображения одного из двух наблюдений Седны, Гунггонга и Куора с помощью PRISM. Авторы и права: Эмери, Дж.П. и др. (2023)

Используя данные инструмента Webb NIRSpec, команда наблюдала все три объекта в режиме призмы низкого разрешения на длинах волн от 0,7 до 5,2 микрометра (мкм), помещая их все в ближний инфракрасный спектр. Дополнительные наблюдения Квавара были сделаны в диапазоне от 0,97 до 3,16 мкм с использованием сеток среднего разрешения с десятикратным спектральным разрешением. По словам Эмери, полученные спектры выявили некоторые интересные вещи об этих объектах TNO и составе их поверхности:

«Мы обнаружили обилие этана (C2H6) на трех телах, особенно на Седне. Седна также содержит ацетилен (C2H2) и этилен (C2H4). Обилие связано с орбитой (больше всего на Седне, меньше на Гунгунге и по крайней мере на Куваре), что согласуется с относительными температурами и радиационной обстановкой. Эти молекулы являются продуктами прямого облучения метана (CH4). Если бы этан (или другой) присутствовал на поверхностях в течение длительного времени, он превратился бы в более сложные молекулы в результате облучения. Поскольку мы все еще видим их, мы сомневаемся, что крыши должны заправляться метаном (CH4) на довольно регулярной основе.

Эти результаты согласуются с результатами, представленными в двух недавних исследованиях, проведенных доктором Уиллом Гранди, астрономом обсерватории Лоуэлла и младшим исследователем НАСА. новые горизонты миссия, и Крис Гленн, планетолог и геохимик из SwRI. В обоих исследованиях Гранди, Гленн и их коллеги измерили соотношение дейтерия/водорода (D/H) в метане на островах Ирис и Макемаке и пришли к выводу, что метан не был примитивным. Вместо этого, утверждают они, эти соотношения являются результатом того, что метан перерабатывается внутри и доставляется на поверхность.

«Мы предполагаем, что то же самое может быть справедливо и для Седны, Гонгонга и Квавара», — сказал Эмери. «Мы также видим, что спектры Седны, Гунггонга и Квавара отличаются от спектров более мелких ОПК. На двух недавних конференциях были разговоры, которые показали, что данные JWST для более мелких ОПК группируются в три группы, ни одна из которых не похожа на Седну. Гонгонг и Квавар Они согласны Это результат, хотя наши три больших тела имеют разную геотермальную историю.

Сравнение восьми крупнейших ТНО с Землей (все в масштабе). Фото: НАСА/Лексикон.

Последствия результатов

Эти результаты могут иметь важное значение для изучения объектов пояса Койпера, ТНО и других объектов внешней Солнечной системы. Это включает в себя новое понимание формирования объектов за линией замерзания в планетных системах, которая относится к линии, за которой замерзают летучие соединения. В нашей Солнечной системе транснептуновая область соответствует линии азота, где объекты сохраняют большое количество летучих материалов с очень низкими температурами замерзания (таких как азот, метан и аммиак). Эмери сказал, что эти результаты также иллюстрируют тип эволюционных процессов, происходящих в телах в этом регионе:

«Основное значение может заключаться в том, чтобы найти объем, при котором объекты пояса Койпера стали достаточно теплыми для внутренней переработки первичного льда и, возможно, даже для дифференциации. Мы также должны быть в состоянии использовать эти спектры, чтобы лучше понять радиационную обработку поверхностного льда в внешняя солнечная система». Будущие исследования также смогут более подробно изучить нестабильность и возможность существования атмосфер у этих объектов над любой частью их орбит.

Результаты этого исследования также демонстрируют возможности космического телескопа Джеймса Уэбба, который несколько раз доказал свою ценность с момента его ввода в эксплуатацию в начале прошлого года. Это также напоминает нам, что помимо возможности нового понимания и новых открытий в отношении далеких планет, галактик и крупномасштабной структуры Вселенной, Уэбб также может раскрыть кое-что о нашем маленьком уголке Вселенной.

«Данные космического телескопа Джеймса Уэбба потрясающие», — добавил Эмери. «Это позволило нам получить спектры на более длинных волнах, чем мы могли бы получить с Земли, что позволило нам обнаружить эти льды. Часто при наблюдениях в новом диапазоне длин волн необработанные данные могут быть очень низкого качества. Телескоп Джеймса Уэбба этого не сделал. Открытие Космический зонд не только предоставил новый диапазон длин волн, но также предоставил фантастически высококачественные и чувствительные данные для ряда поверхностных материалов во внешней Солнечной системе.

Адаптировано из статьи, первоначально опубликованной на Вселенная сегодня.

Ссылка: «Повесть о трех карликовых планетах: лед и органика в Седне, Гунггонге и Куваре по данным спектроскопии JWST», Дж. П. Эмери, И. Вонг, Р. Брунетто, Дж.К. Кук, Н. Пинилья-Алонсо, Дж. А. Стэнсбери, Б. Дж. Холлер, В. М. Гранди, С. Протопапа, А. К. Соуза-Фелисиано, Э. Фернандес-Валенсуэла, Дж. И. Лунин и Д. К. Хайнс, 26 сентября 2023 г., Астрофизика > Физика Земли и планет.
arXiv:2309.15230