Webb osserva tre pianeti nani nella cintura di Kuiper

Nella concezione di questo artista, l’oggetto simile a un pianeta appena scoperto, chiamato Sedna, si trova ai margini esterni del sistema solare conosciuto. Fonte immagine: NASA/JPL-Caltech

utilizzando Telescopio spaziale James WebbGli astronomi hanno osservato tre pianeti nani Fascia di KuiperE la scoperta degli idrocarburi leggeri e delle molecole complesse. Questi risultati migliorano la nostra comprensione degli oggetti nel sistema solare esterno ed evidenziano le capacità del telescopio spaziale James Webb per l’esplorazione spaziale.

IL Fascia di KuiperLa vasta regione ai margini del nostro sistema solare, popolata da innumerevoli corpi ghiacciati, è uno scrigno di scoperte scientifiche. Rilevazione e caratterizzazione Oggetti della cintura di Kuiper (KBO), a volte indicati come Oggetti transnettuniani (Enti TNO) ha portato ad una nuova comprensione della storia del sistema solare. La perdita degli oggetti della cintura di Kuiper è un indicatore delle correnti gravitazionali che hanno modellato il sistema solare e rivela una storia dinamica delle migrazioni planetarie. Dalla fine del XX secolo, gli scienziati hanno voluto dare un’occhiata più da vicino agli oggetti della fascia di Kuiper per saperne di più sulle loro orbite e sulla loro composizione.

Osservazioni del telescopio spaziale James Webb

Lo studio degli oggetti nel sistema solare esterno è uno dei tanti obiettivi del James Webb Space Telescope (JWST). Utilizzando i dati ottenuti da Webb Spettrometro nel vicino infrarosso (NIRSpec), un team internazionale di astronomi ha osservato tre pianeti nani nella Cintura di Kuiper: Sedna, Jungjung e Kwar. Queste osservazioni hanno rivelato molte cose interessanti sulle loro orbite e sulla loro composizione, inclusi idrocarburi leggeri e molecole organiche complesse che si ritiene siano i prodotti dell’irradiazione del metano.

La ricerca è stata guidata da Joshua Emery, professore di astronomia e scienze planetarie alla Northern Arizona University. A lui si sono uniti i ricercatori di NASACentro di volo spaziale Goddard (GSFC). Istituto di Astrofisica Spaziale (Università Parigi-Saclay). Istituto PinheadIL Istituto spaziale della Florida (Università della Florida Centrale). Osservatorio LowellIL Istituto di ricerca del sud-ovest (Swei), e Istituto di scienze del telescopio spaziale (STScI), Università americana. e la Cornell University. Una prestampa del loro articolo è apparsa online ed è in fase di revisione per la pubblicazione da parte di Icaro.

Dall’ultimo sorvolo dell’oggetto Arrokoth nella fascia di Kuiper, la missione New Horizons ha esplorato oggetti nella fascia di Kuiper e effettuato osservazioni eliosferiche e astrofisiche. Credito immagine: NASA/JHUAPL/SwRI//Roman Tkachenko

Storia dell’esplorazione della cintura di Kuiper

Nonostante tutti i progressi nel campo dell’astronomia e degli esploratori robotici, ciò che sappiamo del Trans-Nettuno e della Cintura di Kuiper è ancora limitato. Finora, l’unico compito di studio Urano, NettunoI loro principali satelliti erano Viaggiatore 2 La missione sorvolò questi due giganti del ghiaccio rispettivamente nel 1986 e nel 1989. Inoltre, il nuovi orizzonti La missione è stata la prima navicella spaziale ad essere studiata Plutone e i suoi satelliti (nel luglio 2015) e l’unico ad aver incontrato un oggetto della Cintura di Kuiper, avvenuto il 1° gennaio 2019, quando volò vicino alla Cintura di Kuiper conosciuta come Arrokoth.

Previsioni degli astronomi da JWST

Questo è uno dei tanti motivi per cui gli astronomi attendono con impazienza il lancio del James Webb Space Telescope. Oltre a studiare gli esopianeti e le galassie più antiche dell’universo, potenti capacità di imaging a infrarossi sono state dirette anche verso il nostro cortile, rivelando nuove immagini di… Marte, Giovee lei Il satellite più grande. Per il loro studio, Emery e i suoi colleghi si sono basati sui dati nel vicino infrarosso ottenuti da Webb per tre pianeti nella fascia di Kuiper: Sedna, Gungong e Kuar. Questi oggetti hanno un diametro di circa 1.000 km (620 mi), il che li colloca all’interno Classificazione dei pianeti nani dell’Unione Astronomica Internazionale.

Approfondimenti sui pianeti nani

Come ha detto Emery a Universe Today via e-mail, questi oggetti sono particolarmente interessanti per gli astronomi a causa delle loro dimensioni, orbite e composizione. Altri oggetti transnettuniani – come Plutone, Eris, Haumea e Makemake – hanno mantenuto ghiacci volatili sulle loro superfici (azoto, metano, ecc.). L’unica eccezione è Haumea, che ha perso le sue sostanze volatili con effetti (apparentemente) significativi. Come ha detto Emery, volevano sapere se anche Sedna, Goonggong e Quaoar avevano sostanze volatili simili sulle loro superfici:

“Lavori precedenti hanno dimostrato che potrebbero essere in grado di farlo. Anche se hanno dimensioni più o meno simili, le loro orbite sono diverse. Sedna è un oggetto proveniente dalla nube interna di Oort con un perielio di 76 UA e un apogeo di circa 1.000 UA. Gunggung si trova in una Orbita ellittica Inoltre, in modo estremamente estremo, con un perielio di 33 UA e un apogeo di circa 100 UA, Kwar si trova in un’orbita relativamente circolare vicino a 43 UA. Queste orbite collocano gli oggetti in diversi regimi di temperatura e diversi ambienti di radiazione (Sedna, ad esempio, “Trascorre trascorre la maggior parte del suo tempo al di fuori dell’eliosfera del Sole. Volevamo studiare come queste diverse orbite influenzano le superfici. Ci sono anche altri ghiacci interessanti e materiali organici complessi sulle superfici.”

Immagini da una delle due osservazioni PRISM di Sedna, Goonggong e Quoar. Credito: Emery, J.P. et al. (2023)

Utilizzando i dati dello strumento Webb NIRSpec, il team ha osservato tutti e tre gli oggetti in modalità prisma a bassa risoluzione a lunghezze d’onda comprese tra 0,7 e 5,2 micrometri (μm), posizionandoli tutti nello spettro del vicino infrarosso. Ulteriori osservazioni Quaoar sono state effettuate da 0,97 a 3,16 μm utilizzando griglie a media risoluzione con dieci volte la risoluzione spettrale. Gli spettri risultanti hanno rivelato alcune cose interessanti su questi oggetti TNO e sulla loro composizione superficiale, ha detto Emery:

“Abbiamo trovato un’abbondanza di etano (C2H6) sui tre corpi, in particolare su Sedna. Sedna mostra anche acetilene (C2H2) ed etilene (C2H4). L’abbondanza è correlata all’orbita (la maggior parte su Sedna, meno su Gunggung e almeno su Kuwar), che è coerente con Temperature relative e ambienti irradiati. Queste molecole sono prodotti dell’irradiazione diretta del metano (CH4). Se l’etano (o altro) fosse stato presente sulle superfici per lungo tempo, si sarebbe trasformato in molecole più complesse mediante irradiazione e dal momento che le vediamo ancora, dubitiamo che i rooftop debbano essere riforniti di metano (CH4) con una certa regolarità.

Questi risultati sono coerenti con quelli presentati in due recenti studi condotti dal dottor Will Grundy, un astronomo dell’Osservatorio Lowell e ricercatore associato della NASA. nuovi orizzonti missione e Chris Glenn, scienziato planetario e geochimico presso SwRI. In entrambi gli studi, Grundy, Glenn e i loro colleghi hanno misurato i rapporti deuterio/idrogeno (D/H) nel metano su Iris e Makemake e hanno concluso che il metano non era primitivo. Invece, sostengono, i rapporti risultano dal fatto che il metano viene lavorato all’interno e rilasciato in superficie.

“Suggeriamo che lo stesso potrebbe essere vero per Sedna, Gonggong e Quaoar”, ha detto Emery. “Vediamo anche che gli spettri di Sedna, Goonggong e Quaoar differiscono da quelli dei KBO più piccoli. Ci sono stati discorsi in due recenti conferenze che hanno mostrato che i dati del telescopio spaziale James Webb per i KBO più piccoli si raggruppano in tre gruppi, nessuno dei quali assomigliano a Sedna, Gonggong e Quaoar e concordano che questo è un risultato anche se i nostri tre corpi più grandi hanno storie geotermiche diverse.

Confronto degli otto TNO più grandi con la Terra (tutti in scala). Credito: NASA/Lessico

Implicazioni dei risultati

Questi risultati potrebbero avere importanti implicazioni per lo studio degli oggetti della Cintura di Kuiper, dei TNO e di altri oggetti nel sistema solare esterno. Ciò include nuove conoscenze sulla formazione di oggetti oltre la linea del gelo nei sistemi planetari, che si riferisce alla linea oltre la quale i composti volatili congelano. Nel nostro sistema solare, la regione transnettuniana corrisponde alla linea dell’azoto, dove gli oggetti trattengono grandi quantità di materiali volatili con punti di congelamento molto bassi (come azoto, metano e ammoniaca). Emery ha affermato che questi risultati illustrano anche il tipo di processi evolutivi che si verificano nei corpi di questa regione:

“L’impatto principale potrebbe essere quello di trovare il volume al quale gli oggetti della Cintura di Kuiper sono diventati abbastanza caldi per il ritrattamento interno del ghiaccio primordiale, e forse anche per la differenziazione. Dovremmo anche essere in grado di utilizzare questi spettri per comprendere meglio il trattamento delle radiazioni del ghiaccio superficiale nella sistema solare esterno.” Gli studi futuri potranno anche esaminare più in dettaglio la stabilità volatile e la possibilità di atmosfere in questi oggetti al di sopra di qualsiasi parte delle loro orbite.

I risultati di questo studio dimostrano anche le capacità del telescopio spaziale James Webb, che ha dimostrato più volte il suo valore da quando è diventato operativo all’inizio dello scorso anno. Ci ricorda anche che oltre a consentire nuove intuizioni e nuove scoperte su pianeti lontani, galassie e struttura su larga scala dell’universo, Webb può anche rivelare cose sul nostro piccolo angolo di universo.

“I dati del telescopio spaziale James Webb sono sorprendenti”, ha aggiunto Emery. “Ci ha permesso di ottenere spettri a lunghezze d’onda più lunghe di quelle che potremmo ottenere dalla Terra, il che ci ha permesso di rilevare questi ghiacci. Spesso, quando si osserva in un nuovo intervallo di lunghezze d’onda, i dati grezzi possono essere di pessima qualità. Il telescopio James Webb non era aperto Non solo la sonda spaziale ha fornito una nuova gamma di lunghezze d’onda, ma ha anche fornito dati sensibili e di straordinaria qualità per una gamma di materiali superficiali nel sistema solare esterno.

Adattato da un articolo originariamente pubblicato su L’universo oggi.

Riferimento: “Una storia di tre pianeti nani: ghiaccio e sostanze organiche in Sedna, Gunggong e Kuwar dalla spettroscopia JWST” di 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 e D. C. Hines, 26 settembre 2023, Astrofisica > Fisica terrestre e planetaria Astrofisica.
arXiv:2309.15230