Уеб наблюдава три планети джуджета в пояса на Кайпер

използвайки Космически телескоп Джеймс УебАстрономи наблюдаваха три планети джуджета в Пояс на КайперИ откриването на леки въглеводороди и сложни молекули. Тези резултати подобряват разбирането ни за обектите във външната слънчева система и подчертават възможностите на космическия телескоп James Webb за изследване на космоса.

на Пояс на КайперОгромният регион на границата на нашата слънчева система, населен с безброй ледени тела, е съкровищница от научни открития. Откриване и характеризиране Обекти от пояса на Кайпер (KBOs), понякога наричани Транснептунови обекти (ТНО органи) доведе до ново разбиране на историята на Слънчевата система. Отпадането на обекти от пояса на Кайпер е индикатор за гравитационните течения, оформили слънчевата система, и разкрива динамична история на планетарни миграции. От края на 20-ти век учените се стремят да разгледат по-отблизо обектите от пояса на Кайпер, за да научат повече за техните орбити и състав.

Наблюдения на космическия телескоп Джеймс Уеб

Изучаването на обекти във външната слънчева система е една от многото цели на космическия телескоп Джеймс Уеб (JWST). Използване на данни, получени от Webb Близък инфрачервен спектрометър (NIRSpec), международен екип от астрономи е наблюдавал три планети джуджета в пояса на Кайпер: Седна, Юнгджунг и Куар. Тези наблюдения разкриха много интересни неща за техните орбити и състав, включително леки въглеводороди и сложни органични молекули, за които се смята, че са продукти на облъчване с метан.

Изследването е ръководено от Джошуа Емери, професор по астрономия и планетарни науки в университета на Северна Аризона. Към него се присъединиха изследователи от НАСАЦентър за космически полети Годард (GSFC). Институт по пространствена астрофизика (Университет Париж-Сакле). Институт Пинхедна Космически институт на Флорида (Университет на Централна Флорида). Обсерватория Лоуелна Югозападен изследователски институт (Swei), и Научен институт за космически телескопи (STScI), Американски университет. и университета Корнел. Препечатка на тяхната статия се появи онлайн и се преглежда за публикуване от Икар.

От последното си прелитане край обекта Arrokoth в пояса на Кайпер, мисията New Horizons изследва обекти в пояса на Кайпер и прави хелиосферни и астрофизични наблюдения. Кредит на изображението: NASA/JHUAPL/SwRI//Роман Ткаченко

История на изследването на пояса на Кайпер

Въпреки целия напредък в астрономията и роботизираните изследователи, това, което знаем за Транс-Нептун и пояса на Кайпер, все още е ограничено. Засега единствената задача за учене Уран, НептунОсновните им сателити бяха Вояджър 2 Мисията прелетя покрай тези два ледени гиганта съответно през 1986 и 1989 г. Освен това, нови хоризонти Мисията беше първият космически кораб за изследване Плутон и неговите спътници (през юли 2015 г.) и единственият, срещнал обект от пояса на Кайпер, което се случи на 1 януари 2019 г., когато прелетя близо до пояса на Кайпер, известен като Arrokoth.

Прогнози на астрономите от JWST

Това е една от многото причини астрономите да очакват с нетърпение изстрелването на космическия телескоп James Webb. В допълнение към изучаването на екзопланети и най-старите галактики във Вселената, мощните възможности за инфрачервени изображения също са насочени към нашия заден двор, разкривайки нови изображения на… Марс, Юпитери тя Най-големият сателит. За своето изследване Емери и колегите му разчитаха на данни от близкия инфрачервен диапазон, получени от Webb за три планети в пояса на Кайпер – Седна, Гунгонг и Куар. Тези обекти са с диаметър около 1000 км (620 мили), което ги поставя в границите Класификация на планетите джуджета на Международния астрономически съюз.

Прозрения за планетите джуджета

Както Емери каза на Universe Today по имейл, тези обекти са особено интересни за астрономите поради техния размер, орбити и състав. Други транснептунови обекти – като Плутон, Ерида, Хаумеа и Макемаке – са задържали летливи ледове на повърхността си (азот, метан и др.). Единственото изключение е Хаумеа, която загуби своите летливи вещества до (очевидно) значителен ефект. Както каза Емери, те искаха да знаят дали Sedna, Goggong и Quaoar също имат подобни летливи вещества на повърхностите си:

„Предишна работа показа, че може да са в състояние. Въпреки че всички те са с приблизително сходни размери, орбитите им са различни. Седна е обект от вътрешния облак на Оорт с перихелий от 76 AU и апогей от около 1000 AU. Gunggung е в елиптична орбита Също така изключително, с перихелий от 33 AU и апогей от ~100 AU, Kwar е в относително кръгова орбита близо до 43 AU.Тези орбити поставят обекти в различни температурни режими и различни радиационни среди (Седна, например, „Той прекарва по-голямата част от времето си извън хелиосферата на Слънцето. Искахме да проучим как тези различни орбити влияят на повърхностите. Има и други интересни ледове и сложни органични материали на повърхностите.“

Изображения от едно от двете наблюдения на PRISM на Sedna, Goonggong и Quoar. Кредит: Emery, J.P. et al. (2023)

Използвайки данни от инструмента Webb NIRSpec, екипът наблюдава и трите обекта в режим на призма с ниска разделителна способност при дължини на вълните, обхващащи 0,7 до 5,2 микрометра (µm) – поставяйки ги всички в близкия инфрачервен спектър. Допълнителни наблюдения на Quaoar бяха направени от 0,97 до 3,16 μm, като се използваха решетки със средна разделителна способност с десет пъти по-голяма спектрална разделителна способност. Получените спектри разкриха някои интересни неща за тези TNO обекти и техните повърхностни състави, каза Емери:

„Открихме изобилие от етан (C2H6) на трите тела, най-вече на Sedna. Sedna също показва ацетилен (C2H2) и етилен (C2H4). Изобилието е свързано с орбитата (повечето на Sedna, по-малко на Gunggung и най-малко на Kuwar), което е в съответствие с относителните температури и радиационните среди. Тези молекули са продукти на директно облъчване на метан (CH4). Ако етанът (или друг) е присъствал на повърхности за дълго време, той щеше да се трансформира в по-сложни молекули чрез облъчване Тъй като все още ги виждаме, се съмняваме, че покривите трябва да се зареждат с метан (CH4) доста редовно.

Тези констатации са в съответствие с тези, представени в две скорошни проучвания, ръководени от д-р Уил Гранди, астроном от обсерваторията Лоуел и асоцииран изследовател на НАСА. нови хоризонти мисия, и Крис Глен, планетарен учен и геохимик в SwRI. И в двете проучвания Grundy, Glenn и техните колеги измерват съотношенията деутерий/водород (D/H) в метана на Iris и Makemake и заключват, че метанът не е примитивен. Вместо това, твърдят те, съотношенията са резултат от преработката на метана вътре и доставянето му на повърхността.

„Предполагаме, че същото може да е вярно за Sedna, Gonggong и Quaoar“, каза Емери. „Виждаме също, че спектрите на Sedna, Goonggong и Quaoar се различават от тези на по-малките KBOs. Имаше разговори на две скорошни конференции, които показаха, че JWST данните за по-малките KBOs се групират в три групи, нито една от които не прилича на Sedna, Gonggong и Quaoar Те са съгласни, че това е резултат, въпреки че нашите три по-големи тела имат различна геотермална история.

Сравнение на осемте най-големи TNO със Земята (всички в мащаб). Кредит: НАСА/Лексикон

Последици от резултатите

Тези резултати биха могли да имат важни последици за изследването на обекти от пояса на Кайпер, TNOs и други обекти във външната слънчева система. Това включва нов поглед върху образуването на обекти отвъд линията на замръзване в планетарните системи, което се отнася до линията, отвъд която летливите съединения замръзват. В нашата слънчева система транснептуновата област съответства на азотната линия, където обектите задържат големи количества летливи материали с много ниски точки на замръзване (като азот, метан и амоняк). Емери каза, че тези открития също така илюстрират вида на еволюционните процеси, протичащи в телата в този регион:

„Първичното въздействие може да бъде да се намери обемът, при който обектите от пояса на Кайпер са станали достатъчно топли за вътрешна преработка на първичния лед и може би дори диференциация. Трябва също така да можем да използваме тези спектри, за да разберем по-добре радиационната обработка на повърхностния лед в външната слънчева система.“ Бъдещите проучвания също ще могат да разгледат по-подробно непостоянната стабилност и възможността за атмосфери в тези обекти над която и да е част от техните орбити.

Резултатите от това проучване също демонстрират възможностите на космическия телескоп James Webb, който доказа своята стойност няколко пъти, откакто започна да функционира в началото на миналата година. Освен това ни напомня, че в допълнение към възможността за нови прозрения и нови открития за далечни планети, галактики и широкомащабната структура на Вселената, Уеб може също да разкрие неща за нашето малко кътче от Вселената.

„Данните от космическия телескоп Джеймс Уеб са невероятни“, добави Емери. „Това ни позволи да получим спектри при по-дълги дължини на вълните, отколкото бихме могли от Земята, което ни позволи да открием тези ледове. Често, когато наблюдаваме в нов диапазон на дължина на вълната, необработените данни могат да бъдат с много лошо качество. Телескопът Джеймс Уеб не беше открит Космическата сонда не само предостави нов диапазон от дължини на вълните, но също така предостави фантастично висококачествени и чувствителни данни за набор от повърхностни материали във външната слънчева система.

Адаптирано от статия, първоначално публикувана на Вселената днес.

Справка: „Приказка за три планети джуджета: лед и органични вещества в Седна, Гунггонг и Кувар от JWST спектроскопия“ от J.P. Emery, I. Уонг, Р. Брунето, Дж.С. Кук, Н. Пинила-Алонсо, Дж. А. Стансбъри, Б. Дж. Холър, В. М. Грънди, С. Протопапа, А. С. Соуза-Фелисиано, Е. Фернандес-Валенсуела, Дж. И. Лунин и Д. К. Хайнс, 26 септември 2023 г., Астрофизика > Физика на Земята и планетата Астрофизика.
arXiv: 2309.15230