Учёные из Института космического телескопа в Балтиморе представили результаты исследования транснептуновых объектов (ТНО) с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST). Эти ледяные тела, расположенные за орбитой Нептуна, варьируются по размеру от карликовых планет Плутона и Эриды диаметром около 2400 километров до объектов размером в несколько десятков километров, таких как Аррокот.

Существование ТНО было предсказано Кеннетом Эджвортом и позже Джерардом Койпером в 1950-х годах. Область пространства, занимаемая ТНО, называется поясом Койпера, а сами объекты называют объектами пояса Койпера. Сейчас идентифицировано более 5000 ТНО. Их орбиты раскрывают «архитектуру», которая фиксирует историю эволюции орбит Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна в ранней истории Солнечной системы. Орбиты ТНО чрезвычайно разнообразны, но их группировки отражают процесс миграции внешних планет в ранней истории формирования Солнечной системы.

Изображения транснептуновых объектов Плутона [слева] и Аррокота [справа], основных целей пролёта космического аппарата NASA New Horizons в 2015 и 2019 годах. Космический телескоп «Джеймс Уэбб» способен проводить наблюдения для углубленного изучения широкого спектра ТНО, которые как дополняют, так и превосходят то, что было изучено аппаратом миссии New Horizons. Источник: NASA / SwRI / JHU-APL

Благодаря способности JWST изучать материалы на поверхности ТНО, учёные смогли начать полноценно понимать, что эти объекты могут рассказать о нашем происхождении. Брайан Холлер и Джон Стэнсберри из Института космического телескопа описали, как «Джеймс Уэбб» расширяет знания об этих объектах.

Особый интерес представляют объекты на динамически «холодных» классических орбитах с очень низким наклонением и эксцентриситетом. Компьютерные модели показывают, что эти объекты всё ещё занимают свои первоначальные орбиты и представляют собой нетронутый остаток исходного протопланетного диска.

JWST стал первой обсерваторией, способной предоставить подробную информацию о составе типичных ТНО благодаря своему большому зеркалу и высокочувствительным приборам. В частности, спектрограф ближнего инфракрасного диапазона NIRSpec впервые раскрыл состав ТНО в мельчайших деталях.

В течение первых двух лет научных наблюдений JWST получил высококачественные спектры более 75 ТНО и предоставил первый комплексный взгляд на их состав. Основным результатом масштабной программы DiSCo-TNOs стала идентификация трёх спектральных классов, что является первым свидетельством различных составов поверхности, что стало неожиданным на основе предыдущих исследований.

Эти классификации названы на основе спектральной формы в диапазоне 2,5–4 микрона. Спектры типа «чаша» характеризуются преобладанием признаков водяного льда с некоторым количеством углекислого льда и признаками богатой силикатами пыли. Спектры «двойного провала» имеют признаки поглощения, обусловленные сложными органическими молекулами, льдами углекислого газа и угарного газа. Спектры типа «обрыв» содержат ещё более сложные органические материалы и углекислый газ, чем «двойные провалы», а также включают признаки метанола.

Команда DiSCo-TNOs выдвинула гипотезу, что эти различные спектральные типы являются результатом более высоких температур ближе к Солнцу и более холодных температур дальше от него. В частности, объекты типа «чаша» сформировались ближе к Солнцу и подверглись воздействию более высоких температур, которые по существу выпарили углекислый газ и метан.

Эти соединения были более стабильными на объектах типов «двойной провал» и «обрыв», которые сформировались дальше. Важной подсказкой, ведущей к этой гипотезе, является то, что все объекты на нетронутых холодных классических орбитах относятся к типу «обрыв».

Открытие трёх различных спектральных классов ТНО может указывать на существование различных зон формирования в ранней Солнечной системе, каждая со своими уникальными условиями температуры и состава. Это открытие может помочь уточнить модели формирования планет и эволюции Солнечной системы в целом.

В будущем «Джеймс Уэбб» продолжит выполнять обширную программу наблюдений ТНО каждый год, с новыми программами, выбранными научным сообществом для реализации. В третьем цикле наблюдений планируется проведение съёмки и спектроскопии нескольких ТНО и их спутников, включая первые в истории спектральные наблюдения «экстремальных» ТНО, орбиты которых уходят далеко в межзвёздное пространство. Другая программа направлена на повторное изучение объектов, наблюдавшихся в первый год научных операций, чтобы получить ещё более детальное представление о материалах, которые привели к формированию ТНО в протосолнечной туманности. Две другие программы сосредоточены на съёмке и спектроскопии двойных систем ТНО для лучшего понимания происхождения спутников ТНО, будь то в результате столкновений или совместного формирования путём гравитационного коллапса.

Эти исследования открывают новую главу в изучении ранней истории Солнечной системы. Транснептуновые объекты, сохранившиеся практически в неизменном виде с момента формирования планет, предоставляют уникальную возможность заглянуть в прошлое и понять процессы, которые привели к образованию известных сегодня планет.

Подробнее на iXBT