Webb pozoruje 3 trpasličie planéty v Kuiperovom páse

Pomocou Vesmírny teleskop Jamesa WebbaAstronómovia pozorovali tri trpasličie planéty Kuiperov pás, Objav ľahkých uhľovodíkov a komplexných molekúl. Tieto zistenia zlepšujú naše chápanie objektov vo vonkajšej slnečnej sústave a zdôrazňujú schopnosti JWST pri prieskume vesmíru.

Kuiperov pásRozľahlý región na okraji našej slnečnej sústavy, kde sa nachádza nespočetné množstvo ľadových telies, je pokladnicou vedeckých objavov. odhaliť a charakterizovať predmety kuiperovho pásu (KBO), niekedy tzv Transneptúnske objekty ,tno), viedol k novému chápaniu histórie Slnečnej sústavy. Povaha KBO je indikátorom gravitačných prúdov, ktoré formovali slnečnú sústavu a odhaľuje dynamickú históriu migrácie planét. Od konca 20. storočia vedci dychtivo pozreli na KBO, aby sa dozvedeli viac o ich obežných dráhach a štruktúre.

Pozorovania vesmírneho teleskopu Jamesa Webba

Štúdium objektov vo vonkajšej slnečnej sústave je jedným z mnohých cieľov vesmírneho teleskopu Jamesa Webba (JWST). Použitie údajov získaných z webu Blízky infračervený spektrometer (NIRSpec), medzinárodný tím astronómov pozoroval tri trpasličie planéty v Kuiperovom páse: Sedna, Gonggong a Quaoar, Tieto pozorovania odhalili veľa zaujímavých vecí o ich príslušných dráhach a štruktúre, vrátane ľahkých uhľovodíkov a zložitých organických molekúl považovaných za produkty metánového žiarenia.

Výskum viedol Joshua Emery, profesor astronómie a planetárnej vedy na Severnej Arizona University. Pridali sa k nemu aj výskumníci NASAGoddard Space Flight Center (GSFC), The Institut d’Astrophysique Spatial (Univerzita Paris-Saclay), Pinhead InstituteThe Floridský vesmírny inštitút (University of Central Florida), The Lowellovo observatóriumThe Juhozápadný výskumný ústav (SWRI), The Vedecký inštitút pre vesmírny teleskop (STSCI), Americká univerzita. a Cornell University. Predtlač ich papiera sa objavila online a momentálne sa posudzuje, či bude zverejnená ikarus,

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

História prieskumu Kuiperovho pásu

Napriek všetkým pokrokom v astronómii a robotických prieskumníkoch je to, čo vieme o transneptúnskom regióne a Kuiperovom páse, stále obmedzené. K dnešnému dňu jediná misia študovať Urán, Neptúna ich hlavnými satelitmi boli námorník 2 misie, ktoré preleteli okolo týchto ľadových obrov v rokoch 1986 a 1989. Okrem tohto, nové horizonty Misia bola prvou kozmickou loďou, ktorú študovali Pluto a jeho satelitu (v júli 2015) a ako jediný narazil na objekt v Kuiperovom páse, ku ktorému došlo 1. januára 2019, keď preletel okolo KBO známeho ako Arrokoth.

Očakávania astronómov od JWST

To je jeden z mnohých dôvodov, prečo astronómovia netrpezlivo očakávali spustenie JWST. Okrem štúdia exoplanét a najstarších galaxií vo vesmíre sa jeho výkonné infračervené zobrazovacie schopnosti obrátili aj smerom k nášmu dvorku, čím sa získali nové snímky. planéta Mars, JupiterA jeho najväčšie satelity, Pre svoju štúdiu Emery a jeho kolegovia konzultovali blízke infračervené údaje získané WEB o troch planétach v Kuiperovom páse – Sedna, Gonggong a Quaoar. Tieto telesá majú priemer približne 1 000 km (620 mi), čo ich umiestňuje dovnútra Označenia IAU pre trpasličie planéty,

Pohľad na trpasličie planéty

Ako Emery povedal Universe Today prostredníctvom e-mailu, tieto objekty sú pre astronómov obzvlášť zaujímavé kvôli ich veľkostiam, obežným dráham a zloženiu. Iné transneptúnske telesá – ako Pluto, Eris, Haumea a Makemake – si na svojom povrchu zachovali nestabilné ľady (dusík, metán atď.). Výnimkou je Haumea, ktorá pri veľkom dopade (zrejme) stratila svoju nestabilitu. Ako povedal Emery, chceli zistiť, či podobné nestability existujú na povrchoch Sedna, Gonggong a Quaoar:

„Predchádzajúce práce ukázali, že môžu byť schopní. Hoci sú všetky približne rovnako veľké, ich obežné dráhy sú rôzne. Sedna je vnútorný objekt Oortovho oblaku s perihéliom 76 AU a aféliom asi 1 000 AU, Gonggong je tiež na veľmi eliptickej obežnej dráhe s perihéliom 33 AU a aféliom ~ 100 AU a Quaoar je relatívne kruhový na blízko 43 AU.Je v triede. AU Tieto dráhy umiestňujú telesá do rôznych teplotných režimov a rôznych radiačných prostredí (napríklad Sedna trávi väčšinu času mimo slnečnej heliosféry). Chceli sme preskúmať, ako môžu tieto rôzne dráhy ovplyvniť povrchy. Na povrchoch sú aj ďalšie zaujímavé ľady a zložité organické materiály.

Obrázky z jedného z dvoch pozorovaní mriežky PRISM Sedna, Gonggong a Quaoar. Poďakovanie: Emery, JP et al. (2023)

Pomocou údajov z Webbovho prístroja NIRSpec tím pozoroval všetky tri telesá 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 kvazarov sa uskutočnili od 0,97 do 3,16 mikrometrov pomocou mriežok so stredným rozlíšením pri desaťnásobku spektrálneho rozlíšenia. Výsledné spektrá odhalili niektoré zaujímavé veci o týchto TNO a povrchových zloženiach, povedal Emery:

„Na všetkých troch telesách, najvýraznejšie na Sedne, sme našli dostatok etánu (C2H6). Sedna tiež predstavuje acetylén (C2H2) a etylén (C2H4). Hojnosť súvisí s obežnou dráhou (najvyššia na Sedne, nízka na Gonggong, najmenej na Quaoar), ktorá je v súlade s relatívnou teplotou a radiačným prostredím. Tieto molekuly sú produkty priameho žiarenia metánu (CH4). Ak by etán (alebo iné) zostal na povrchoch dlhší čas, žiarením by sa premenili na ešte zložitejšie molekuly. Keďže ich stále vidíme, máme podozrenie, že metán (CH4) sa musí na povrchy pomerne pravidelne dodávať.

Tieto zistenia sú v súlade so zisteniami prezentovanými v dvoch nedávnych štúdiách vedených Dr. Willom Grundym, astronómom z Lowell Observatory a spoluriešiteľom NASA. nové horizonty misia a Chris Glein, planetárny vedec a geochemik zo SWRI. Pre obe štúdie Grundy, Glien a kolegovia merali pomer deutérium/vodík (D/H) v metáne na Eris a Makemake a dospeli k záveru, že metán nebol prvotný. Namiesto toho argumentujú, že tento pomer je výsledkom spracovania metánu v ich interiéroch a vynášania na povrch.

„Navrhujeme, že to isté môže platiť pre Sednu, Gonggong a Quaoar,“ povedal Emery. „Vidíme tiež, že spektrá Sedna, Gonggong a Quaoar sa líšia od spektier menších KBO. Na dvoch nedávnych konferenciách sa uskutočnili rozhovory, na ktorých sa ukázalo, že údaje JWST malých klastrov KBO spadajú do troch skupín, z ktorých žiadna sa nepodobala na Sednu, Gonggong a Quaoar. Tento výsledok je v súlade s rôznymi geotermálnymi históriami našich troch veľkých telies.

Porovnanie medzi ôsmimi najväčšími TNO so Zemou (všetky v mierke). Poďakovanie: NASA/Lexicon

Dôsledky zistení

Tieto zistenia môžu mať dôležité dôsledky pre štúdium KBO, TNO a iných objektov vo vonkajšej slnečnej sústave. To zahŕňa nové pohľady na formovanie objektov v planetárnych systémoch za hranicou mrazu, ktorá sa vzťahuje na hranicu, za ktorou prchavé zlúčeniny zamrznú. V našej slnečnej sústave transneptúnska oblasť zodpovedá dusíkovej línii, kde telesá zadržia veľké množstvo prchavých látok s veľmi nízkymi bodmi mrazu (t. j. dusík, metán a amoniak). Tieto zistenia tiež ukazujú, aké druhy evolučných procesov fungujú pre telá v tomto regióne, povedal Emery:

„Primárnym dôsledkom môže byť preskúmanie veľkosti, pri ktorej sa KBO stanú dostatočne horúcimi na vnútorné prepracovanie prvotného ľadu, možno aj na diferenciáciu. Mali by sme byť tiež schopní použiť tieto spektrá na lepšie pochopenie radiačného spracovania povrchového ľadu vo vonkajšej slnečnej sústave. A budúce štúdie sa budú môcť podrobnejšie pozrieť aj na možnosť nestabilnej stability a atmosfér v ktorejkoľvek časti obežných dráh týchto telies.

Výsledky tejto štúdie tiež demonštrujú schopnosti JWST, ktorý svoju užitočnosť už mnohokrát preukázal od začiatku minulého roka. Tiež nám pripomínajú, že okrem umožnenia nových vízií a objavov vzdialených planét, galaxií a rozsiahlej štruktúry vesmíru môže web odhaliť aj veci o našom malom kúte vesmíru.

„Údaje JWST sú fantastické,“ povedal Emery. „Umožnili nám získať spektrá na dlhších vlnových dĺžkach zo zeme, čo umožnilo detekovať tieto ľady. Pri vykonávaní pozorovaní v nových rozsahoch vlnových dĺžok môžu byť počiatočné údaje často veľmi zlej kvality. JWST nielenže otvoril nový rozsah vlnových dĺžok, ale poskytol aj vynikajúce vysokokvalitné údaje, ktoré sú citlivé na súbor materiálov na povrchoch vo vonkajšej slnečnej sústave.

Upravené podľa pôvodne publikovaného článku Vesmír dnes,

Odkaz: J. P. Emery, I. Wong, R. Brunetto, JC. Cook, N. Pinilla-Alonso, J.A. Stansberry, B.J. „Príbeh 3 trpasličích planét: Ľad a organická hmota na Sedne, Gonggongu a Quaoare zo spektroskopie JWST“ od Hallera, W. M. Grundyho, S. Protopapa, AC Souza-Feliciano, E. Fernandez-Valenzuela, JI Lunine a DC Hines, 26. septembra 2023, Astrofyzika > Zemská a planetárna astrofyzika,
arXiv:2309.15230