Webb három törpebolygót figyel meg a Kuiper-övben

segítségével James Webb űrteleszkópA csillagászok három törpebolygót figyeltek meg… Kuiper övÉs a könnyű szénhidrogének és összetett molekulák felfedezése. Ezek az eredmények elősegítik a külső Naprendszerben található objektumok megértését, és kiemelik a James Webb űrteleszkóp űrkutatási képességeit.

a Kuiper övA Naprendszerünk peremén elterülő, számtalan jeges test által benépesített hatalmas régió tudományos felfedezések kincsesbánya. Felismerés és jellemzés Kuiper-öv objektumai (KBO-k), amelyeket néha úgy emlegetnek Transzneptuni objektumok (TNO testek) a Naprendszer történetének új megértéséhez vezetett. A Kuiper-öv objektumainak leválása a Naprendszert formáló gravitációs áramlatok mutatója, és feltárja a bolygók vándorlásának dinamikus történetét. A 20. század vége óta a tudósok igyekeztek közelebbről megvizsgálni a Kuiper-öv objektumait, hogy többet megtudjanak pályájukról és összetételükről.

James Webb Űrtávcső megfigyelései

A külső Naprendszerben található objektumok tanulmányozása a James Webb Űrteleszkóp (JWST) számos célja egyike. A Webb által szerzett adatok felhasználásával Közeli infravörös spektrométer (NIRSpec), egy nemzetközi csillagászcsoport három törpebolygót figyelt meg a Kuiper-övben: Sedna, Jungjung és Kwar. Ezek a megfigyelések sok érdekességet tártak fel pályájukról és összetételükről, beleértve a könnyű szénhidrogéneket és az összetett szerves molekulákat, amelyekről úgy gondolják, hogy a metánbesugárzás termékei.

A kutatást Joshua Emery, a Northern Arizona University csillagász- és bolygótudományi professzora vezette. tól kutatók csatlakoztak hozzá NASAGoddard Űrrepülési Központ (GSFC). Térasztrofizikai Intézet (Université Paris-Saclay). Pinhead Institutea Floridai Űrintézet (Közép-Floridai Egyetem). Lowell Obszervatóriuma Délnyugati Kutatóintézet (Swei), és Űrtávcső Tudományos Intézet (STScI), Amerikai Egyetem. és a Cornell Egyetemen. Lapjuk előnyomtatott példánya megjelent az interneten, és jelenleg felülvizsgálat alatt áll Icarus.

A Kuiper-övben található Arrokoth objektum legutóbbi elrepülése óta a New Horizons küldetés a Kuiper-öv objektumainak feltárását, valamint helioszférikus és asztrofizikai megfigyeléseket végez. A kép jóváírása: NASA/JHUAPL/SwRI//Roman Tkachenko

A Kuiper-öv kutatásának története

A csillagászat és a robotkutatók fejlődése ellenére, amit a Transz-Neptunuszról és a Kuiper-övről tudunk, még mindig korlátozottak. Eddig az egyetlen feladat a tanulás Uránusz, NeptunFő műholdaik voltak Voyager 2 A küldetés e két jégóriás mellett repült el 1986-ban, illetve 1989-ben. Sőt, a új Horizons A küldetés volt az első tanulmányozó űrhajó Plútó és műholdjai (2015 júliusában), és az egyetlen, amelyik egy Kuiper-öv objektummal találkozott, ami 2019. január 1-jén történt, amikor az Arrokoth néven ismert Kuiper-öv közelébe repült.

Csillagászok előrejelzései a JWST-től

Ez az egyik oka annak, amiért a csillagászok izgatottan várják a James Webb Űrteleszkóp felbocsátását. Az exobolygók és az univerzum legrégebbi galaxisainak tanulmányozása mellett erőteljes infravörös képalkotási képességeket is irányítottak kertünk felé, új képeket tárva fel a… Mars, Jupiterés ő A legnagyobb műhold. Emery és munkatársai tanulmányukhoz a Webb által a Kuiper-öv három bolygójáról – Sedna, Gungong és Kuar – szerzett közeli infravörös adatokra támaszkodtak. Ezek az objektumok körülbelül 1000 km (620 mérföld) átmérőjűek, ami belülre helyezi őket A Nemzetközi Csillagászati ​​Unió törpebolygók osztályozása.

Meglátások a törpebolygókról

Ahogy Emery e-mailben elmondta az Universe Today-nek, ezek az objektumok különösen érdekesek a csillagászok számára méretük, pályájuk és összetételük miatt. Más transz-neptunikus objektumok – például a Plútó, az Erisz, a Haumea és a Makemake – illékony jeget (nitrogén, metán stb.) tartottak a felszínükön. Az egyetlen kivétel a Haumea, amely (látszólag) jelentős hatásban elvesztette volatilitását. Ahogy Emery mondta, tudni akarták, hogy a Sedna, a Goonggong és a Quaoar felületén is vannak-e hasonló illékony anyagok:

„A korábbi munkák azt mutatták, hogy képesek lehetnek rá. Bár mindegyik nagyjából hasonló méretű, a pályájuk eltérő. A Sedna egy objektum a belső Oort-felhőből, perihéliummal 76 AU és apogeummal körülbelül 1000 AU. Gunggung egy Elliptikus pálya Szintén rendkívüli módon, 33 AU perihéliumával és ~100 AU apogéjával Kwar egy viszonylag kör alakú pályán van 43 AU közelében. Ezek a pályák különböző hőmérsékleti viszonyok és különböző sugárzási környezetekbe helyezik az objektumokat (például a Sedna: „Tölti idejének nagy részében a Nap helioszféráján kívül tartózkodik. Meg akartuk vizsgálni, hogy ezek a különböző pályák hogyan hatnak a felszínekre. Más érdekes jég és összetett szerves anyagok is találhatók a felületeken.”

Képek Sedna, Goonggong és Quoar két PRISM megfigyelésének egyikéből. Köszönetnyilvánítás: Emery, J. P. et al. (2023)

A Webb NIRSpec műszer adatait felhasználva a csapat mindhárom objektumot kis felbontású prizma módban figyelte meg 0,7-5,2 mikrométer (µm) hullámhosszon – így mindegyiket a közeli infravörös spektrumban helyezte el. További Quaoar megfigyeléseket végeztek 0,97 és 3,16 μm között közepes felbontású rácsokkal, tízszeres spektrális felbontással. A kapott spektrumok érdekes dolgokat tártak fel ezekről a TNO-objektumokról és felületi összetételükről, mondta Emery:

„Bőséges mennyiségű etánt (C2H6) találtunk a három testen, leginkább a Sednán. A Sedna acetilént (C2H2) és etilént (C2H4) is mutat. A bőség a pályához kapcsolódik (a legtöbb Sednán, kevesebb a Gunggungon, és legkevésbé Kuwaron), ami összhangban van a Relatív hőmérsékletekkel és sugárzási környezetekkel. Ezek a molekulák a metán (CH4) közvetlen besugárzásának termékei. Ha az etán (vagy más) hosszú ideig jelen lett volna a felületeken, akkor átalakult volna Mivel még mindig látjuk őket, kételkedünk abban, hogy a tetőket meglehetősen rendszeresen kell metánnal (CH4) tankolni.

Ezek az eredmények összhangban vannak a Dr. Will Grundy, a Lowell Obszervatórium csillagásza és a NASA munkatársa által vezetett két közelmúltbeli tanulmány eredményeivel. új Horizons misszió, valamint Chris Glenn, az SwRI bolygókutatója és geokémikusa. Mindkét tanulmányban Grundy, Glenn és kollégáik mérték a deutérium/hidrogén (D/H) arányt a metánban Iris és Makemake esetében, és arra a következtetésre jutottak, hogy a metán nem primitív. Ehelyett azzal érvelnek, hogy az arányok abból adódnak, hogy a metánt belül feldolgozzák és a felszínre juttatják.

„Azt javasoljuk, hogy ugyanez igaz Sednára, Gonggongra és Quaoarra” – mondta Emery. „Azt is látjuk, hogy a Sedna, a Goonggong és a Quaoar spektruma eltér a kisebb KBO-kétól. Két közelmúltbeli konferencián zajlottak olyan beszélgetések, amelyek kimutatták, hogy a James Webb Űrteleszkóp adatai a kisebb KBO-kra vonatkozóan három csoportba csoportosulnak, amelyek közül egyik sem Sednára, Gonggongra és Quaoarra hasonlítanak. Egyetértenek. Ez annak ellenére eredmény, hogy három nagyobb testünknek eltérő a geotermikus története.

A nyolc legnagyobb TNO összehasonlítása a Földdel (mind méretben). Köszönetnyilvánítás: NASA/Lexicon

Az eredmények következményei

Ezek az eredmények fontos következményekkel járhatnak a Kuiper-öv objektumainak, a TNO-knak és a külső Naprendszer egyéb objektumainak tanulmányozására. Ez új betekintést tartalmaz a bolygórendszerekben a fagyvonalon túli objektumok kialakulásába, ami arra a vonalra utal, amelyen túl az illékony vegyületek megfagynak. Naprendszerünkben a transzneptunusz régió a nitrogénvonalnak felel meg, ahol a tárgyak nagy mennyiségű illékony anyagot tartanak vissza, nagyon alacsony fagyponttal (például nitrogén, metán és ammónia). Emery szerint ezek az eredmények azt is mutatják, hogy milyen típusú evolúciós folyamatok zajlanak le a testekben ebben a régióban:

„Az elsődleges hatás az lehet, hogy meg kell találni azt a térfogatot, amelynél a Kuiper-öv objektumai eléggé felmelegedtek az ősjég belső újrafeldolgozásához, és talán még a differenciálódáshoz is. Ezeket a spektrumokat arra is képesnek kell lennünk, hogy jobban megértsük a felszíni jég sugárzási folyamatát külső naprendszer.” A jövőbeni tanulmányok részletesebben megvizsgálhatják majd az illékony stabilitást és a légkör lehetőségét ezekben az objektumokban a pályájuk bármely része felett.

A tanulmány eredményei a James Webb Űrteleszkóp képességeit is demonstrálják, amely a tavalyi év eleji üzembe helyezése óta többször is bevált. Arra is emlékeztet bennünket, hogy amellett, hogy új betekintést és új felfedezéseket tesz lehetővé a távoli bolygókról, galaxisokról és az univerzum nagyméretű szerkezetéről, Webb az univerzum saját kis zugáról is elárulhat dolgokat.

„A James Webb űrteleszkóp adatai elképesztőek” – tette hozzá Emery. „Lehetővé tette számunkra, hogy nagyobb hullámhosszú spektrumokat kapjunk, mint a Földről, ami lehetővé tette a jég észlelését. Gyakran előfordul, hogy új hullámhossz-tartományban történő megfigyeléskor a nyers adatok nagyon rossz minőségűek lehetnek. A James Webb teleszkóp nem volt megnyílt Az űrszonda nemcsak új hullámhossz-tartományt adott, hanem fantasztikusan jó minőségű és érzékeny adatokat is szolgáltatott a külső naprendszer számos felületi anyagához.

Egy eredetileg közzétett cikkből készült A mai világegyetem.

Hivatkozás: „Mese három törpebolygóról: jég és szerves anyagok Sednában, Gunggongban és Kuwarban a JWST spektroszkópiából” J. P. Emery, 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 és D. C. Hines, 2023. szeptember 26., Asztrofizika > Föld és bolygófizika Asztrofizika.
arXiv:2309.15230