Пояс Койпера — область на границе нашей Солнечной системы, которая населена ледяными объектами. С конца XX века учёные стремятся получить более подробное представление об этих транснептуновых объектах, чтобы узнать больше о их орбитах и составе. Эти тела имеют диаметр около 1000 км, что соответствует определению Карликовых планет Международного астрономического союза.
Несмотря на все прорывы в астрономии, знания о транснептуновых объектах всё ещё ограничены. До сих пор единственная миссия по изучению дальних регионов Солнечной системы — Урана, Нептуна и их главных спутников — была выполнена только зондом Voyager 2, который пролетел мимо этих гигантов в 1986 и 1989 годах. New Horizons стал первым зондом, исследовавшим Плутон и его спутники в июле 2015 года и единственным, который встретил объект в поясе Койпера 1 января 2019 года, когда пролетел мимо объекта Аррокот.
Эти объекты особенно интересны астрономам из-за своего размера, орбиты и состава. Такие транснептуновые объекты, как Плутон, Эрида и Макемаке сохраняют летучие соединения на своей поверхности (азот и метан). Единственным исключением является Хаумеа, потерявшая свои летучие соединения в результате столкновения с большим объектом (по-видимому).
Их изучение стало одной из задач телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST). С использованием данных, полученных при помощи ближнего инфракрасного спектрометра (NIRSpec), международная группа астрономов наблюдала три карликовые планеты пояса Койпера: Седну (Sedna), Гунгун (Gonggong) и Кваоар (Quaoar). Наблюдения позволили выявить несколько интересных особенностей орбит и состава, включая лёгкие углеводороды и сложные органические молекулы, которые, как предполагается, образуются вследствие облучения метана.
Исследование провёл Джошуа Эмери, доцент Астрономического и Планетарного института Северного Аризонского университета, его исследовательскую группу составили более десяти учёных из разных университетов и нескольких стран. Они хотели узнать, есть ли на поверхности Седны, Гунгуна и Кваоара летучие соединения.
Хотя все объекты примерно одинакового размера, их орбиты различаются. Из-за этого у них разные температурные условия и условия облучения — например, Седна проводит большую часть времени за гелиосферой Солнца
Команда наблюдала три объекта в ближнем инфракрасном диапазоне от 0,7 мкм до 5,2 мкм. Дополнительные наблюдения проводились для Кваоара на длинах волн от 0,97 мкм до 3,16 мкм. Полученные спектры раскрыли некоторые интересные особенности этих Транснептуновых объектов и состава поверхности.
Учёные обнаружили изобилие этана на всех трёх объектах, больше всего на Седне. На Седне также присутствует ацетилен и этилен. Их количество коррелирует с орбитами: самое большое на Седне, меньше на Гунгуне, в самом малом количестве на Кваоаре, что соответствует относительным температурам и условиям облучения. Эти соединения являются прямым результатом облучения метана. Если бы этан или другие соединения находились на поверхности долгое время, они были бы превращены в более сложные молекулы вследствие облучения.
Результаты согласуются с выводами двух недавних исследований: в обоих астрономы измерили отношение дейтерия и водорода в метане на Эриде и Макемаке и пришли к выводу, что метан не является первичным. Они предполагают, что это результат «обработки» метана во внутренней части объектов и попадания его на поверхность.
«Мы предполагаем, что тот же самый процесс может происходить и на Седне, Гунгуне и Кваоаре. Также мы видим, что спектры Седны, Гунгуна и Кваоара отличаются от спектров более маленьких транснептуновых объектов. На двух недавних конференциях были представлены доклады, на которых были показаны данные JWST о спектрах более маленьких транснептуновых объектов, которые объединяются в три группы, ни одна из которых не похожа на Седну, Гунгун и Кваоар. Этот результат соответствует наличию различной геотермальной истории у этих трёх более крупных объектов», — сказал Эмери.
Результаты исследования могут иметь значение для изучения транснептуновых и других объектов во внешней Солнечной системе. Это открывает новое понимание формирования объектов за снеговой линией в планетарных системах — линия, за которой летучие соединения замерзают. В нашей Солнечной системе это соответствует линии азота, где объекты удерживают большое количество летучих соединений (например, азот, метан и аммиак) с очень низкими точками замерзания.
По словам Эмери, их результаты также помогают лучше понять, какие эволюционные процессы происходят с объектами в этом регионе: «Основное значение в определении размера, при котором объекты пояса Койпера достаточно прогреваются для реакций первичных ледяных соединений и, возможно, даже для их дифференциации. Мы также сможем использовать полученные спектры для лучшего понимания облучения поверхностных льдов во внешней Солнечной системе. Будущие исследования смогут подробнее изучить стабильность летучих соединений, возможность формирования атмосфер на этих объектах и то, как это зависит от орбит».
Данные JWST просто фантастические. Они позволили нам обнаружить эти соединения, что невозможно с Земли. Часто, когда изучают новый диапазон длин волн, начальные данные могут оказаться низкого качества. JWST предоставил чрезвычайно высококачественные данные об объектах внешней части Солнечной системы.