Ο Webb παρατηρεί τρεις νάνους πλανήτες στη ζώνη Kuiper

χρησιμοποιώντας Διαστημικό τηλεσκόπιο James WebbΟι αστρονόμοι παρατήρησαν τρεις νάνους πλανήτες σε… Ζώνη KuiperΚαι η ανακάλυψη ελαφρών υδρογονανθράκων και πολύπλοκων μορίων. Αυτά τα αποτελέσματα προάγουν την κατανόησή μας για τα αντικείμενα στο εξωτερικό ηλιακό σύστημα και τονίζουν τις δυνατότητες του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb για εξερεύνηση του διαστήματος.

ο Ζώνη KuiperΗ τεράστια περιοχή στην άκρη του ηλιακού μας συστήματος, που κατοικείται από αμέτρητα παγωμένα σώματα, είναι ένας θησαυρός επιστημονικών ανακαλύψεων. Ανίχνευση και χαρακτηρισμός Αντικείμενα της ζώνης Kuiper (KBOs), μερικές φορές αναφέρεται ως Υπερ-Ποσειδώνια αντικείμενα (Σώματα TNO) οδήγησε σε μια νέα κατανόηση της ιστορίας του ηλιακού συστήματος. Η απόρριψη αντικειμένων της ζώνης Kuiper είναι ένας δείκτης των βαρυτικών ρευμάτων που διαμόρφωσαν το ηλιακό σύστημα και αποκαλύπτει μια δυναμική ιστορία πλανητικών μεταναστεύσεων. Από τα τέλη του 20ου αιώνα, οι επιστήμονες ήθελαν να ρίξουν μια πιο προσεκτική ματιά στα αντικείμενα της ζώνης Kuiper για να μάθουν περισσότερα για τις τροχιές και τη σύνθεσή τους.

Παρατηρήσεις του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb

Η μελέτη αντικειμένων στο εξωτερικό ηλιακό σύστημα είναι ένας από τους πολλούς στόχους του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb (JWST). Χρησιμοποιώντας δεδομένα που ελήφθησαν από το Webb Κοντά στο υπέρυθρο φασματόμετρο (NIRSpec), μια διεθνής ομάδα αστρονόμων παρατήρησε τρεις νάνους πλανήτες στη Ζώνη Κάιπερ: Sedna, Jungjung και Kwar. Αυτές οι παρατηρήσεις αποκάλυψαν πολλά ενδιαφέροντα πράγματα σχετικά με τις τροχιές και τη σύστασή τους, συμπεριλαμβανομένων ελαφρών υδρογονανθράκων και πολύπλοκων οργανικών μορίων που πιστεύεται ότι είναι τα προϊόντα της ακτινοβολίας μεθανίου.

Επικεφαλής της έρευνας ήταν ο Τζόσουα Έμερι, καθηγητής αστρονομίας και πλανητικής επιστήμης στο Πανεπιστήμιο της Βόρειας Αριζόνα. Μαζί του συμμετείχαν ερευνητές από NASAΚέντρο Διαστημικών Πτήσεων Goddard (GSFC). Ινστιτούτο Χωρικής Αστροφυσικής (Université Paris-Saclay). Pinhead Instituteο Διαστημικό Ινστιτούτο της Φλόριντα (Πανεπιστήμιο της Κεντρικής Φλόριντα). Αστεροσκοπείο Lowellο Southwest Research Institute (Swei), και Επιστημονικό Ινστιτούτο Διαστημικού Τηλεσκοπίου (STScI), Αμερικανικό Πανεπιστήμιο. και το Πανεπιστήμιο Κορνέλ. Μια προεκτύπωση της εργασίας τους έχει εμφανιστεί στο διαδίκτυο και εξετάζεται για δημοσίευση από Ικάρος.

Από την τελευταία της πτήση με το αντικείμενο Arrokoth στη Ζώνη Kuiper, η αποστολή New Horizons εξερευνά αντικείμενα στη ζώνη Kuiper και κάνει ηλιοσφαιρικές και αστροφυσικές παρατηρήσεις. Πίστωση εικόνας: NASA/JHUAPL/SwRI//Roman Tkachenko

Ιστορία της εξερεύνησης της ζώνης Kuiper

Παρά όλες τις προόδους στην αστρονομία και τους ρομποτικούς εξερευνητές, όσα γνωρίζουμε για τον Trans-Neptune και τη Ζώνη Kuiper είναι ακόμα περιορισμένα. Μέχρι στιγμής, το μόνο έργο της μελέτης Ουρανός, ΠοσειδώναςΟι κύριοι δορυφόροι τους ήταν Voyager 2 Η αποστολή πέταξε από αυτούς τους δύο γίγαντες πάγου το 1986 και το 1989, αντίστοιχα. Επιπλέον, το νέοι ορίζοντες Η αποστολή ήταν το πρώτο διαστημόπλοιο που μελέτησε Πλούτων και τους δορυφόρους του (τον Ιούλιο του 2015) και ο μόνος που αντιμετώπισε αντικείμενο της Ζώνης Κάιπερ, κάτι που συνέβη την 1η Ιανουαρίου 2019, όταν πέταξε κοντά στη Ζώνη Κάιπερ, γνωστή ως Arrokoth.

Προβλέψεις αστρονόμων από το JWST

Αυτός είναι ένας από τους πολλούς λόγους που οι αστρονόμοι περίμεναν με ανυπομονησία την εκτόξευση του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb. Εκτός από τη μελέτη εξωπλανητών και των παλαιότερων γαλαξιών στο σύμπαν, ισχυρές δυνατότητες απεικόνισης υπέρυθρων έχουν επίσης κατευθυνθεί προς την αυλή μας, αποκαλύπτοντας νέες εικόνες από… Άρης, Ζεύςκαι αυτή Ο μεγαλύτερος δορυφόρος. Για τη μελέτη τους, ο Emery και οι συνεργάτες του βασίστηκαν σε δεδομένα κοντά στο υπέρυθρο που έλαβε ο Webb για τρεις πλανήτες στη Ζώνη Kuiper – Sedna, Gungong και Kuar. Αυτά τα αντικείμενα έχουν διάμετρο περίπου 1.000 km (620 μίλια), γεγονός που τα βάζει μέσα τους Ταξινόμηση πλανητών νάνων από τη Διεθνή Αστρονομική Ένωση.

Πληροφορίες σχετικά με τους νάνους πλανήτες

Όπως είπε ο Emery στο Universe Today μέσω email, αυτά τα αντικείμενα είναι ιδιαίτερα ενδιαφέροντα για τους αστρονόμους λόγω του μεγέθους, των τροχιών και των συνθέσεων τους. Άλλα υπερ-Ποσειδώνια αντικείμενα – όπως ο Πλούτωνας, η Έριδα, η Haumea και το Makemake – έχουν διατηρήσει πτητικούς πάγους στις επιφάνειές τους (άζωτο, μεθάνιο κ.λπ.). Η μόνη εξαίρεση είναι η Haumea, η οποία έχασε τα πτητικά της σε (προφανώς) σημαντική επίδραση. Όπως είπε ο Emery, ήθελαν να μάθουν εάν οι Sedna, Goonggong και Quaoar είχαν παρόμοια πτητικά και στις επιφάνειές τους:

“Προηγούμενη εργασία έχει δείξει ότι μπορεί να τα καταφέρουν. Ενώ όλα έχουν περίπου παρόμοια μεγέθη, οι τροχιές τους είναι διαφορετικές. Η Σέντνα είναι ένα αντικείμενο από το εσωτερικό Νέφος του Όορτ με περιήλιο 76 ΑΕ και απόγειο περίπου 1.000 ΑΕ. Ο Γκουνγκούνγκ βρίσκεται σε ελλειπτική τροχιά Επίσης εξαιρετικά, με περιήλιο 33 AU και απόγειο ~100 AU, το Kwar βρίσκεται σε μια σχετικά κυκλική τροχιά κοντά στις 43 AU. Αυτές οι τροχιές τοποθετούν αντικείμενα σε διαφορετικά καθεστώτα θερμοκρασίας και διαφορετικά περιβάλλοντα ακτινοβολίας (Sedna, για παράδειγμα, “Ξοδεύει τον περισσότερο χρόνο του έξω από την ηλιόσφαιρα του Ήλιου. Θέλαμε να διερευνήσουμε πώς αυτές οι διαφορετικές τροχιές επηρεάζουν τις επιφάνειες. Υπάρχουν επίσης άλλοι ενδιαφέροντες πάγοι και πολύπλοκα οργανικά υλικά στις επιφάνειες.”

Εικόνες από μία από τις δύο παρατηρήσεις PRISM των Sedna, Goonggong και Quoar. Πίστωση: Emery, J.P. et al. (2023)

Χρησιμοποιώντας δεδομένα από το όργανο Webb NIRSpec, η ομάδα παρατήρησε και τα τρία αντικείμενα σε λειτουργία πρίσματος χαμηλής ανάλυσης σε μήκη κύματος που εκτείνονται από 0,7 έως 5,2 μικρόμετρα (μm) – τοποθετώντας τα όλα στο εγγύς υπέρυθρο φάσμα. Πρόσθετες παρατηρήσεις Quaoar έγιναν από 0,97 έως 3,16 μm χρησιμοποιώντας πλέγματα μέσης ανάλυσης με δεκαπλάσια φασματική ανάλυση. Τα φάσματα που προέκυψαν αποκάλυψαν μερικά ενδιαφέροντα πράγματα σχετικά με αυτά τα αντικείμενα TNO και τις επιφανειακές τους συνθέσεις, είπε ο Emery:

“Βρήκαμε μια αφθονία αιθανίου (C2H6) στα τρία σώματα, κυρίως στο Sedna. Η Sedna εμφανίζει επίσης ακετυλένιο (C2H2) και αιθυλένιο (C2H4). Η αφθονία σχετίζεται με την τροχιά (τα περισσότερα στο Sedna, λιγότερο στο Gunggung και τουλάχιστον στο Kuwar), το οποίο είναι συνεπές με τις σχετικές θερμοκρασίες και περιβάλλοντα ακτινοβολίας. Αυτά τα μόρια είναι προϊόντα άμεσης ακτινοβολίας του μεθανίου (CH4). Εάν το αιθάνιο (ή άλλο) υπήρχε στις επιφάνειες για μεγάλο χρονικό διάστημα, θα είχε μετατραπεί σε πιο πολύπλοκα μόρια με ακτινοβολία Εφόσον τα βλέπουμε ακόμα, αμφιβάλλουμε ότι οι στέγες πρέπει να ανεφοδιάζονται με μεθάνιο (CH4) σε αρκετά τακτική βάση.

Αυτά τα ευρήματα είναι συνεπή με εκείνα που παρουσιάστηκαν σε δύο πρόσφατες μελέτες με επικεφαλής τον Δρ Γουίλ Γκράντι, αστρονόμο στο Παρατηρητήριο Λόουελ και συνεργάτη ερευνητή της NASA. νέοι ορίζοντες αποστολή, και ο Chris Glenn, πλανητικός επιστήμονας και γεωχημικός στο SwRI. Και στις δύο μελέτες, οι Grundy, Glenn και οι συνεργάτες τους μέτρησαν τις αναλογίες δευτερίου/υδρογόνου (D/H) σε μεθάνιο στο Iris και στο Makemake και κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι το μεθάνιο δεν ήταν πρωτόγονο. Αντίθετα, υποστηρίζουν, οι αναλογίες προκύπτουν από την επεξεργασία του μεθανίου στο εσωτερικό και την παράδοση στην επιφάνεια.

«Προτείνουμε ότι το ίδιο μπορεί να ισχύει για τους Sedna, Gonggong και Quaoar», είπε ο Emery. “Βλέπουμε επίσης ότι τα φάσματα των Sedna, Goonggong και Quaoar διαφέρουν από αυτά των μικρότερων KBO. Υπήρξαν συζητήσεις σε δύο πρόσφατες διασκέψεις που έδειξαν ότι τα δεδομένα του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb για τα μικρότερα KBO συγκεντρώνονται σε τρεις ομάδες, καμία από τις οποίες μοιάζουν με το Sedna, το Gonggong και το Quaoar Συμφωνούν ότι αυτό είναι ένα αποτέλεσμα, παρόλο που τα τρία μεγαλύτερα σώματά μας έχουν διαφορετικές γεωθερμικές ιστορίες.

Σύγκριση των οκτώ μεγαλύτερων TNO με τη Γη (όλα σε κλίμακα). Πίστωση: NASA/Lexicon

Συνέπειες των αποτελεσμάτων

Αυτά τα αποτελέσματα θα μπορούσαν να έχουν σημαντικές επιπτώσεις για τη μελέτη αντικειμένων της ζώνης Kuiper, TNO και άλλων αντικειμένων στο εξωτερικό ηλιακό σύστημα. Αυτό περιλαμβάνει νέα γνώση για το σχηματισμό αντικειμένων πέρα ​​από τη γραμμή παγετού στα πλανητικά συστήματα, η οποία αναφέρεται στη γραμμή πέρα ​​από την οποία παγώνουν οι πτητικές ενώσεις. Στο ηλιακό μας σύστημα, η trans-Neptunian περιοχή αντιστοιχεί στη γραμμή αζώτου, όπου τα αντικείμενα διατηρούν μεγάλες ποσότητες πτητικών υλικών με πολύ χαμηλά σημεία πήξης (όπως άζωτο, μεθάνιο και αμμωνία). Ο Emery είπε ότι αυτά τα ευρήματα απεικονίζουν επίσης τον τύπο των εξελικτικών διεργασιών που συμβαίνουν σε σώματα σε αυτήν την περιοχή:

“Η πρωταρχική επίδραση μπορεί να είναι να βρούμε τον όγκο στον οποίο τα αντικείμενα της ζώνης Kuiper θερμάνθηκαν αρκετά για εσωτερική επανεπεξεργασία αρχέγονου πάγου και ίσως ακόμη και διαφοροποίηση. Θα πρέπει επίσης να είμαστε σε θέση να χρησιμοποιήσουμε αυτά τα φάσματα για να κατανοήσουμε καλύτερα την επεξεργασία ακτινοβολίας του επιφανειακού πάγου στο Οι μελλοντικές μελέτες θα είναι επίσης σε θέση να εξετάσουν λεπτομερέστερα την πτητική σταθερότητα και την πιθανότητα ατμοσφαιρών σε αυτά τα αντικείμενα πάνω από οποιοδήποτε μέρος της τροχιάς τους.

Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης καταδεικνύουν επίσης τις δυνατότητες του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb, το οποίο έχει αποδείξει την αξία του πολλές φορές από τότε που τέθηκε σε λειτουργία στις αρχές του περασμένου έτους. Μας υπενθυμίζει επίσης ότι εκτός από το να επιτρέπει νέες ιδέες και νέες ανακαλύψεις σε μακρινούς πλανήτες, γαλαξίες και τη μεγάλης κλίμακας δομή του σύμπαντος, ο Webb μπορεί επίσης να αποκαλύψει πράγματα για τη δική μας μικρή γωνιά του σύμπαντος.

«Τα δεδομένα του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb είναι εκπληκτικά», πρόσθεσε ο Έμερι. “Μας επέτρεψε να λάβουμε φάσματα σε μεγαλύτερα μήκη κύματος από ό,τι μπορούμε να λάβουμε από τη Γη, γεγονός που μας επέτρεψε να ανιχνεύσουμε αυτά τα παγάκια. Συχνά, κατά την παρατήρηση σε νέο εύρος μήκους κύματος, τα ακατέργαστα δεδομένα μπορεί να είναι πολύ κακής ποιότητας. Δεν άνοιξε τηλεσκόπιο Όχι μόνο Η διαστημική έρευνα James Webb παρείχε μια νέα σειρά μηκών κύματος, παρείχε επίσης εξαιρετικά υψηλής ποιότητας και ευαίσθητα δεδομένα για μια σειρά επιφανειακών υλικών στο εξωτερικό ηλιακό σύστημα.

Προσαρμογή από άρθρο που δημοσιεύτηκε αρχικά στις Το σύμπαν σήμερα.

Αναφορά: «A Tale of Three Dwarf Planets: Ice and Organics in Sedna, Gunggong, and Kuwar από το JWST Spectroscopy» από τον J.P. Emery, I. Γουόνγκ, Ρ. 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 και D. C. Hines, 26 Σεπτεμβρίου 2023, Αστροφυσική > Γη και πλανητική φυσική Αστροφυσική.
arXiv:2309.15230