Webb pozoruje tři trpasličí planety v Kuiperově pásu

použitím Vesmírný dalekohled Jamese WebbaAstronomové zde pozorovali tři trpasličí planety Kuiperův pásA objev lehkých uhlovodíků a složitých molekul. Tyto výsledky posouvají naše chápání objektů ve vnější sluneční soustavě a zdůrazňují schopnosti vesmírného dalekohledu Jamese Webba pro průzkum vesmíru.

a Kuiperův pásRozsáhlá oblast na okraji naší sluneční soustavy, osídlená bezpočtem ledových těles, je pokladnicí vědeckých objevů. Detekce a charakterizace Předměty Kuiperova pásu (KBOs), někdy označované jako Transneptunské objekty (Tělesa TNO) vedl k novému chápání historie sluneční soustavy. Ubývání objektů Kuiperova pásu je indikátorem gravitačních proudů, které formovaly sluneční soustavu, a odhaluje dynamickou historii planetárních migrací. Od konce 20. století se vědci snažili blíže podívat na objekty Kuiperova pásu, aby se dozvěděli více o jejich drahách a složení.

Pozorování vesmírného dalekohledu Jamese Webba

Studium objektů ve vnější sluneční soustavě je jedním z mnoha cílů vesmírného dalekohledu Jamese Webba (JWST). Pomocí dat získaných Webb Blízký infračervený spektrometr (NIRSpec), mezinárodní tým astronomů pozoroval tři trpasličí planety v Kuiperově pásu: Sedna, Jungjung a Kwar. Tato pozorování odhalila mnoho zajímavých věcí o jejich drahách a složení, včetně lehkých uhlovodíků a složitých organických molekul, které jsou považovány za produkty ozařování metanem.

Výzkum vedl Joshua Emery, profesor astronomie a planetární vědy na Northern Arizona University. Připojili se k němu badatelé z NASAGoddard Space Flight Center (GSFC). Ústav prostorové astrofyziky (Université Paris-Saclay). Institut špendlíkové hlavičky, Florida Space Institute (University of Central Florida). Lowellova observatoř, Jihozápadní výzkumný ústav (Swei) a Space Telescope Science Institute (STScI), Americká univerzita. a Cornell University. Předtisk jejich papíru se objevil online a je posuzován k publikaci Ikar.

Historie průzkumu Kuiperova pásu

Navzdory všem pokrokům v astronomii a robotických průzkumnících je to, co víme o Trans-Neptunu a Kuiperově pásu, stále omezené. Zatím jediný úkol studia Uran, NeptuneJejich hlavní satelity byly Voyager 2 Mise prolétla kolem těchto dvou ledových obrů v roce 1986 a 1989. Navíc, nové obzory Mise byla první kosmickou lodí, která byla studována Pluto a jeho satelitů (v červenci 2015) a jako jediný se setkal s objektem Kuiperova pásu, k čemuž došlo 1. ledna 2019, kdy proletěl blízko Kuiperova pásu známého jako Arrokoth.

Předpovědi astronomů z JWST

To je jeden z mnoha důvodů, proč astronomové netrpělivě očekávali vypuštění vesmírného dalekohledu Jamese Webba. Kromě studia exoplanet a nejstarších galaxií ve vesmíru byly na náš dvorek nasměrovány také výkonné infračervené zobrazovací schopnosti, které odhalují nové snímky… Mars, Jupitera ji Největší satelit. Emery a jeho kolegové se při své studii spoléhali na data z blízkého infračerveného záření získaná Webbem pro tři planety v Kuiperově pásu – Sednu, Gungong a Kuar. Tyto objekty mají průměr asi 1 000 km (620 mi), což je řadí dovnitř Klasifikace trpasličích planet Mezinárodní astronomické unie.

Postřehy o trpasličích planetách

Jak Emery řekl Universe Today prostřednictvím e-mailu, tyto objekty jsou pro astronomy obzvláště zajímavé kvůli jejich velikosti, oběžným drahám a složení. Jiné transneptunské objekty – jako Pluto, Eris, Haumea a Makemake – si na svých površích zachovaly těkavé ledy (dusík, metan atd.). Jedinou výjimkou je Haumea, která ztratila své těkavé látky ve (zřejmě) výrazném účinku. Jak řekl Emery, chtěli vědět, zda Sedna, Goonggong a Quaoar mají na svém povrchu také podobné těkavé látky:

„Předchozí práce ukázaly, že by mohli být schopni. I když jsou všechny zhruba podobné velikosti, jejich oběžné dráhy se liší. Sedna je objekt z vnitřního Oortova oblaku s perihéliem 76 AU a apogeem asi 1 000 AU. Gunggung je v eliptická dráha Také extrémně, s perihéliem 33 AU a apogeem ~100 AU, je Kuar na relativně kruhové dráze blízko 43 AU. Tyto dráhy umisťují objekty do různých teplotních režimů a různých radiačních prostředí (Sedna, například, „Stráví většinu času mimo heliosféru Slunce. Chtěli jsme prozkoumat, jak tyto různé dráhy ovlivňují povrchy. Na površích jsou také další zajímavé ledy a složité organické materiály.“

Pomocí dat z přístroje Webb NIRSpec tým pozoroval všechny tři objekty v režimu hranolu s nízkým rozlišením na vlnových délkách od 0,7 do 5,2 mikrometrů (µm) – všechny je umístil do blízkého infračerveného spektra. Další pozorování Quaoar byla provedena od 0,97 do 3,16 μm pomocí mřížek se středním rozlišením s desetinásobným spektrálním rozlišením. Výsledná spektra odhalila některé zajímavé věci o těchto objektech TNO a jejich složení povrchu, řekl Emery:

„Našli jsme hojnost etanu (C2H6) na třech tělesech, nejvýrazněji na Sedně. Sedna také vykazuje acetylen (C2H2) a etylen (C2H4). Množství souvisí s oběžnou dráhou (nejvíce na Sedně, méně na Gunggungu a alespoň na Kuwaru), což je v souladu s relativními teplotami a radiačním prostředím. Tyto molekuly jsou produkty přímého ozařování metanu (CH4). Pokud by ethan (nebo jiný) byl přítomen na površích po dlouhou dobu, byl by přeměněn na složitější molekuly ozařováním. Protože je stále vidíme, pochybujeme, že se do střech musí tankovat metan (CH4) docela pravidelně.

Tato zjištění jsou v souladu s těmi, které byly předloženy ve dvou nedávných studiích vedených Dr. Willem Grundym, astronomem na Lowellově observatoři a spolupracovníkem NASA. nové obzory mise a Chris Glenn, planetární vědec a geochemik ze SwRI. V obou studiích Grundy, Glenn a jejich kolegové měřili poměry deuterium/vodík (D/H) v metanu na Iris a Makemake a dospěli k závěru, že metan nebyl primitivní. Místo toho tvrdí, že poměry vyplývají z toho, že je metan zpracováván uvnitř a dodáván na povrch.

„Navrhujeme, že totéž může platit pro Sednu, Gonggong a Quaoar,“ řekl Emery. „Také vidíme, že spektra Sedna, Goonggong a Quaoar se liší od spekter menších KBO. Na dvou nedávných konferencích proběhly rozhovory, které ukázaly, že data vesmírného dalekohledu Jamese Webba pro menší KBO se shlukují ve třech skupinách, z nichž žádná připomínají Sednu, Gonggong a Quaoar Souhlasí Toto je výsledek, i když naše tři větší tělesa mají rozdílnou geotermální historii.

Důsledky výsledků

Tyto výsledky by mohly mít důležité důsledky pro studium objektů Kuiperova pásu, TNO a dalších objektů ve vnější sluneční soustavě. To zahrnuje nový pohled na formování objektů za čárou mrazu v planetárních systémech, což se týká čáry, za kterou těkavé sloučeniny zamrzají. V naší sluneční soustavě odpovídá transneptunská oblast linii dusíku, kde objekty zadržují velké množství těkavých látek s velmi nízkými body tuhnutí (jako je dusík, metan a čpavek). Emery řekl, že tato zjištění také ilustrují typ evolučních procesů probíhajících v tělech v této oblasti:

„Primárním dopadem může být zjištění objemu, při kterém se objekty Kuiperova pásu dostatečně zahřály na vnitřní přepracování prvotního ledu a možná i na diferenciaci. Měli bychom být také schopni použít tato spektra k lepšímu pochopení radiačního zpracování povrchového ledu v vnější sluneční soustava.“ Budoucí studie budou také moci podrobněji prozkoumat nestabilní stabilitu a možnost atmosfér v těchto objektech nad jakoukoli částí jejich drah.

Výsledky této studie také demonstrují schopnosti vesmírného dalekohledu Jamese Webba, který se od svého zprovoznění začátkem loňského roku několikrát osvědčil. Také nám připomínají, že kromě toho, že Webb umožňuje nové pohledy a objevy vzdálených planet, galaxií a rozsáhlé struktury vesmíru, může také odhalit věci o našem malém koutku vesmíru.

„Data z vesmírného dalekohledu Jamese Webba jsou úžasná,“ dodal Emery. „Umožnilo nám to získat spektra na delších vlnových délkách, než jsme mohli ze Země, což nám umožnilo detekovat tyto ledy. Často při pozorování v novém rozsahu vlnových délek mohou mít nezpracovaná data velmi špatnou kvalitu. Teleskop Jamese Webba nebyl otevřena Vesmírná sonda nejenže poskytla nový rozsah vlnových délek, ale poskytla také fantasticky kvalitní a citlivá data pro řadu povrchových materiálů ve vnější sluneční soustavě.

Převzato z článku původně publikovaného na Vesmír dnes.

Reference: „Příběh tří trpasličích planet: led a organické látky v Sedně, Gunggongu a Kuwaru ze spektroskopie JWST“ od J. P. Emeryho, I. Wong, 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 a D. C. Hines, 26. září 2023, Astrofyzika > Fyzika Země a planet Astrofyzika.
arXiv:2309.15230