Χρησιμοποιώντας την Διαστημικό τηλεσκόπιο James Webbοι αστρονόμοι παρατήρησαν τρεις νάνους πλανήτες στο Ζώνη Κάιπερ, ανακαλύπτοντας ελαφρούς υδρογονάνθρακες και πολύπλοκα μόρια. Αυτά τα ευρήματα ενισχύουν την κατανόησή μας για τα αντικείμενα στο εξωτερικό Ηλιακό Σύστημα και υπογραμμίζουν τις δυνατότητες του JWST στην εξερεύνηση του διαστήματος.
ο Ζώνη Κάιπερ, η τεράστια περιοχή στην άκρη του Ηλιακού μας Συστήματος που κατοικείται από αμέτρητα παγωμένα αντικείμενα, είναι ένας θησαυρός επιστημονικών ανακαλύψεων. Η ανίχνευση και ο χαρακτηρισμός των Αντικείμενα της ζώνης Kuiper (KBOs), μερικές φορές αναφέρεται ως Υπερ-Ποσειδώνια Αντικείμενα (TNO), οδήγησε σε μια νέα κατανόηση της ιστορίας του Ηλιακού Συστήματος. Η διάθεση των KBO είναι ένας δείκτης των βαρυτικών ρευμάτων που έχουν διαμορφώσει το Ηλιακό Σύστημα και αποκαλύπτουν μια δυναμική ιστορία πλανητικών μεταναστεύσεων. Από τα τέλη του 20ου αιώνα, οι επιστήμονες ήταν πρόθυμοι να ρίξουν μια πιο προσεκτική ματιά στα KBO για να μάθουν περισσότερα για τις τροχιές και τη σύνθεσή τους.
Οι παρατηρήσεις του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb
Η μελέτη σωμάτων στο εξωτερικό ηλιακό σύστημα είναι ένας από τους πολλούς στόχους του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb (JWST). Χρησιμοποιώντας δεδομένα που ελήφθησαν από την Webb’s Φασματόμετρο κοντά στο υπέρυθρο (NIRSpec), μια διεθνής ομάδα αστρονόμων παρατήρησε τρεις νάνους πλανήτες στη ζώνη Kuiper: Sedna, Gonggong και Quaoar. Αυτές οι παρατηρήσεις αποκάλυψαν αρκετά ενδιαφέροντα πράγματα σχετικά με τις αντίστοιχες τροχιές και τη σύνθεσή τους, συμπεριλαμβανομένων ελαφρών υδρογονανθράκων και πολύπλοκων οργανικών μορίων που πιστεύεται ότι είναι το προϊόν της ακτινοβολίας μεθανίου.
Διαβάστε επίσης: Ανακάλυψη της νόσου Lewy Body
Επικεφαλής της έρευνας ήταν ο Joshua Emery, καθηγητής Αστρονομίας και Πλανητικών Επιστημών στο Πανεπιστήμιο της Βόρειας Αριζόνα. Μαζί του συμμετείχαν ερευνητές από NASA‘s Goddard Space Flight Center (GSFC), το Ινστιτούτο Διαστημικής Αστροφυσικής (Πανεπιστήμιο Paris-Saclay), το Pinhead Instituteο Διαστημικό Ινστιτούτο της Φλόριντα (Πανεπιστήμιο της Κεντρικής Φλόριντα), το Αστεροσκοπείο Lowellο Southwest Research Institute (SwRI), το 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.
Ιστορία της Εξερεύνησης της Ζώνης Κάιπερ
Παρά όλες τις προόδους στην αστρονομία και τους ρομποτικούς εξερευνητές, όσα γνωρίζουμε για την περιοχή του Ποσειδώνα και τη Ζώνη Κάιπερ είναι ακόμα περιορισμένα. Μέχρι σήμερα, η μόνη αποστολή για τη μελέτη Ουρανός, Ποσειδώναςκαι οι κύριοι δορυφόροι τους ήταν οι Voyager 2 αποστολή, που πέταξε δίπλα από αυτούς τους 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 συνάντησε αντικείμενο στη Ζώνη Κάιπερ, που συνέβη την 1η Ιανουαρίου 2019, όταν πέταξε δίπλα από το KBO γνωστό ως Arrokoth.
Προσδοκίες αστρονόμων από το JWST
Αυτός είναι ένας από τους πολλούς λόγους για τους οποίους οι αστρονόμοι περίμεναν με ανυπομονησία την εκτόξευση του JWST. Εκτός από τη μελέτη των εξωπλανητών και των αρχαιότερων γαλαξιών στο Σύμπαν, οι ισχυρές ικανότητές του υπέρυθρης απεικόνισης έχουν επίσης στραφεί προς την αυλή μας, αποκαλύπτοντας νέες εικόνες Άρης, Ζεύςκαι είναι μεγαλύτερους δορυφόρους. Για τη μελέτη τους, ο Emery και οι συνάδελφοί του συμβουλεύτηκαν δεδομένα κοντά στο υπέρυθρο που ελήφθησαν από τον Webb για τρία πλανητοειδή στη Ζώνη Kuiper – Sedna, Gonggong και Quaoar. Αυτά τα σώματα έχουν διάμετρο περίπου 1.000 km (620 μίλια), γεγονός που τα τοποθετεί εντός του Ονομασία IAU για Νάνους Πλανήτες.
Πληροφορίες για Νάνους Πλανήτες
Όπως είπε ο Έμερι στο Universe Today μέσω email, αυτά τα σώματα είναι ιδιαίτερα ενδιαφέροντα για τους αστρονόμους λόγω του μεγέθους, των τροχιών και των συνθέσεων τους. Άλλα Υπερ-Ποσειδώνια σώματα – όπως ο Πλούτωνας, η Έρις, η Haumea και ο Makemake – έχουν όλα συγκρατήσει πτητικούς πάγους στην επιφάνειά τους (άζωτο, μεθάνιο, κ.λπ.). Η μόνη εξαίρεση είναι η Haumea, η οποία έχασε τα πτητικά της σε μεγάλο αντίκτυπο (προφανώς). Όπως είπε ο Emery, ήθελαν να δουν αν οι Sedna, Gonggong και Quaoar έχουν παρόμοια πτητικά και στις επιφάνειές τους:
«Προηγούμενες εργασίες έχουν δείξει ότι μπορεί να τα καταφέρουν. Ενώ όλα έχουν περίπου παρόμοια μεγέθη, οι τροχιές τους είναι διακριτές. Το Sedna είναι ένα εσωτερικό αντικείμενο του Oort Cloud με περιήλιο 76 AU και αφήλιο σχεδόν 1.000 AU, το Gonggong βρίσκεται επίσης σε μια πολύ ελλειπτική τροχιά, με περιήλιο 33 AU και aphelion ~ 100 AU, και το Quaoar βρίσκεται σε μια σχετικά κυκλική τροχιά. AU. Αυτές οι τροχιές τοποθετούν τα σώματα σε διαφορετικά καθεστώτα θερμοκρασίας και διαφορετικά περιβάλλοντα ακτινοβολίας (η Σέντνα, για παράδειγμα, περνά τον περισσότερο χρόνο της έξω από την ηλιόσφαιρα του Ήλιου). Θέλαμε να διερευνήσουμε πώς αυτές οι διαφορετικές τροχιές θα μπορούσαν να επηρεάσουν τις επιφάνειες. Υπάρχουν επίσης άλλοι ενδιαφέροντες πάγοι και πολύπλοκες οργανικές ουσίες στις επιφάνειες».
Χρησιμοποιώντας δεδομένα από το όργανο NIRSpec του Webb, η ομάδα παρατήρησε και τα τρία σώματα 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. Έγιναν πρόσθετες παρατηρήσεις του Quaoar από 0,97 έως 3,16 μm χρησιμοποιώντας σχάρες μέσης ανάλυσης σε δεκαπλάσια φασματική ανάλυση. Τα φάσματα που προέκυψαν αποκάλυψαν μερικά ενδιαφέροντα πράγματα σχετικά με αυτά τα TNO και τις επιφανειακές συνθέσεις, είπε ο Emery:
«Βρήκαμε άφθονο αιθάνιο (C2H6) και στα τρία σώματα, κυρίως στη Σέντνα. Το Sedna εμφανίζει επίσης ακετυλένιο (C2H2) και αιθυλένιο (C2H4). Οι αφθονίες συσχετίζονται με την τροχιά (περισσότερο στο Sedna, λιγότερο στο Gonggong, λιγότερο στο Quaoar), το οποίο είναι σύμφωνο με τις σχετικές θερμοκρασίες και τα περιβάλλοντα ακτινοβολίας. Αυτά τα μόρια είναι προϊόντα άμεσης ακτινοβολίας του μεθανίου (CH4). Εάν το αιθάνιο (ή τα άλλα) βρισκόταν στις επιφάνειες για μεγάλο χρονικό διάστημα, θα είχαν μετατραπεί σε ακόμη πιο πολύπλοκα μόρια με ακτινοβολία. Εφόσον εξακολουθούμε να τα βλέπουμε, υποπτευόμαστε ότι το μεθάνιο (CH4) πρέπει να τροφοδοτείται ξανά στις επιφάνειες αρκετά τακτικά».
Αυτά τα ευρήματα είναι συνεπή με εκείνα που παρουσιάζονται σε ένα ζευγάρι πρόσφατων μελετών με επικεφαλής τον Δρ. Will Grundy, αστρονόμο του Παρατηρητηρίου Lowell και συν-ερευνητή της NASA Νέοι ορίζοντες αποστολή και τον Chris Glein, πλανητικό επιστήμονα και γεωχημικό στο SwRI. Και για τις δύο μελέτες, οι Grundy, Glien και οι συνάδελφοί τους μέτρησαν τις αναλογίες δευτερίου/υδρογόνου (D/H) σε μεθάνιο στο Eris και στο Makemake και κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι το μεθάνιο δεν ήταν αρχέγονο. Αντίθετα, υποστηρίζουν ότι οι αναλογίες προκύπτουν από την επεξεργασία του μεθανίου στο εσωτερικό τους 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, Gonggong και Quaoar είναι διαφορετικά από αυτά των μικρότερων KBO. Υπήρξαν συνομιλίες σε δύο πρόσφατες διασκέψεις που έδειξαν τα δεδομένα του JWST για μικρότερα KBO να συγκεντρώνονται σε τρεις ομάδες, καμία από τις οποίες δεν μοιάζει με Sedna, Gonggong και Quaoar. Αυτό το αποτέλεσμα είναι συνεπές με τα τρία μεγαλύτερα σώματά μας που έχουν διαφορετική γεωθερμική ιστορία».
Συνέπειες των ευρημάτων
Αυτά τα ευρήματα θα μπορούσαν να έχουν σημαντικές επιπτώσεις για τη μελέτη των KBO, TNO και άλλων αντικειμένων στο εξωτερικό Ηλιακό Σύστημα. Αυτό περιλαμβάνει νέες γνώσεις σχετικά με το σχηματισμό αντικειμένων πέρα από τη γραμμή παγετού στα πλανητικά συστήματα, η οποία αναφέρεται στη γραμμή πέρα από την οποία οι πτητικές ενώσεις θα παγώσουν στερεά. Στο Ηλιακό μας Σύστημα, η περιοχή του Υπερ-Ποσειδώνιου αντιστοιχεί στη γραμμή αζώτου, όπου τα σώματα θα διατηρούν μεγάλες ποσότητες πτητικών με πολύ χαμηλά σημεία πήξης (δηλαδή, άζωτο, μεθάνιο και αμμωνία). Αυτά τα ευρήματα, είπε ο Έμερι, καταδεικνύουν επίσης τι είδους εξελικτικές διαδικασίες λειτουργούν για τα σώματα σε αυτήν την περιοχή:
«Η κύρια επίπτωση μπορεί να είναι η εύρεση του μεγέθους στο οποίο τα KBO έχουν γίνει αρκετά ζεστά για εσωτερική επανεπεξεργασία αρχέγονων πάγων, ίσως ακόμη και διαφοροποίηση. Θα πρέπει επίσης να μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτά τα φάσματα για να κατανοήσουμε καλύτερα την επεξεργασία ακτινοβολίας των επιφανειακών πάγων στο εξωτερικό Ηλιακό Σύστημα. Και οι μελλοντικές μελέτες θα μπορούν επίσης να εξετάσουν λεπτομερέστερα την πτητική σταθερότητα και την πιθανότητα για ατμόσφαιρες σε αυτά τα σώματα σε οποιοδήποτε μέρος της τροχιάς τους».
Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης δείχνουν επίσης τις ικανότητες του JWST, το οποίο έχει αποδείξει την αξία του πολλές φορές από τότε που τέθηκε σε λειτουργία στις αρχές του περασμένου έτους. Μας υπενθυμίζουν επίσης ότι εκτός από το να επιτρέπει νέα οράματα και ανακαλύψεις μακρινών πλανητών, γαλαξιών και της μεγάλης κλίμακας δομής του Σύμπαντος, ο Webb μπορεί επίσης να αποκαλύψει πράγματα για τη μικρή μας γωνιά του σύμπαντος.
«Τα δεδομένα του JWST είναι φανταστικά», πρόσθεσε ο Έμερι. «Μας επέτρεψαν να πάρουμε φάσματα σε μεγαλύτερα μήκη κύματος από ό,τι μπορούμε από το έδαφος, γεγονός που επέτρεψε την ανίχνευση αυτών των πάγων. Συχνά, κατά την παρατήρηση σε ένα νέο εύρος μήκους κύματος, τα αρχικά δεδομένα μπορεί να είναι αρκετά κακής ποιότητας. Το JWST όχι μόνο άνοιξε ένα νέο εύρος μήκους κύματος, αλλά παρείχε επίσης δεδομένα φανταστικά υψηλής ποιότητας που είναι ευαίσθητα σε μια σειρά υλικών στις επιφάνειες του εξωτερικού Ηλιακού Συστήματος».
Αναφορά: «A Tale of 3 Dwarf Planets: Ices and Organics on Sedna, Gonggong, and Quaoar from JWST Spectroscopy» των JP Emery, I. Wong, R. Brunetto, JC Cook, N. Pinilla-Alonso, JA Stansberry, BJ Holler , WM Grundy, S. Protopapa, AC Souza-Feliciano, E. Fernández-Valenzuela, JI Lunine και DC Hines, 26 Σεπτεμβρίου 2023, Αστροφυσική > Γη και Πλανητική Αστροφυσική.
arXiv:2309.15230
Διαβάστε επίσης:
Οι πλανήτες στο μέγεθος του Δία είναι πολύ σπάνιοι γύρω από τα αστέρια με τη μικρότερη μάζα
Το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble παρατηρεί συγχωνευμένα σμήνη γαλαξιών
Οι περίεργες μαύρες τρύπες μπορεί να κρύβουν μυστικά του πρώιμου σύμπαντος
