Уэбб раскрывает тайны эволюции Нептуна

Группа ледяных астероидов под названием Морс-Сомнус дает ученым-планетологам некоторые подсказки о происхождении и эволюции объектов в поясе Койпера. JWST изучил их во время своего первого цикла наблюдений и раскрыл подробности об их поверхности, что дает намек на их происхождение. Эта информация также может в конечном итоге объяснить, как Нептун стал таким, какой он есть сегодня.

Двоичная система Морс-Сомнус является частью коллекции объектов за пределами Нептуна. Их довольно метко называют «Транснептуновыми объектами» или, сокращенно, ТНО. Около 3000 пронумерованы и известны, а многие еще не обследованы. Все они лежат за орбитой Нептуна и делятся на различные классы. Существуют классические объекты пояса Койпера (KBO) и объекты рассеянного диска. Внутри этих двух классов есть резонансные ТНО, которые движутся в резонансе с Нептуном, и крайние ТНО, вращающиеся далеко за пределами Нептуна (около 30 а.е.). Еще есть объекты на орбитах, похожих на орбиты Плутона, называемые «плутино». Морс-Сомнус также является Плутино.

Почему «там» существует такое разнообразие объектов? Откуда они возникли и как изменились с течением времени? Один из способов ответить на эти вопросы — изучить свойства поверхности объектов пояса Койпера и, в частности, ледяных пород, таких как Морс-Сомнус. Один из способов сделать это — снять спектры их поверхностей. Данные раскрывают информацию о составе поверхности этих объектов. Это, в свою очередь, говорит ученым кое-что об окружающей среде, в которой они сформировались, и о той среде, которую они испытали с течением времени.

Сам Нептун, вероятно, сформировался ближе к Солнцу, но затем мигрировал во внешнюю часть Солнечной системы (вместе с Юпитером, Сатурном и Ураном). В то же время огромный плотный диск скалистых и ледяных планетезималей и астероидов заселил пространство на расстоянии примерно 35 а.е. По мере того как планеты-гиганты мигрировали на более далекие орбиты, они преимущественно рассеивали те меньшие тела. Эти ледяные астероиды и кометные тела расположились в поясе Койпера, рассеянном диске и облаке Оорта. Как развивалась эта деятельность и откуда вообще взялись эти ледяные тела — вопросы, над которыми работают планетологи.

Вот тут-то и пригодится Морс-Сомнус. Пара является хорошим примером «холодного классического» ТНО. Он был изучен JWST в рамках программы под названием «Обнаружение состава поверхности транснептуновых объектов» (DiSCO-TNOs), которую возглавляли Ана Каролина де Соуза Фелисиано и Ноэми Пинилья-Алонсо в Университете Центральной Флориды. Проект выявляет уникальные спектральные свойства этих небольших небесных тел за пределами Нептуна, чего до сих пор не делалось.

Морс-Сомнус является членом той же динамической группы, что и другие близлежащие ТНО, и они имеют общие спектроскопические характеристики с другими объектами холодной классической группы. Это означает, что они, вероятно, все образовались примерно в одно и то же время. Вероятно, они возникли за пределами 30 астрономических единиц от Солнца. Транснептуновые двойные системы, такие как Морс-Сомнус, предоставляют уникальный способ взглянуть на формирование и эволюцию планетезималей в этой области космоса.

«Изучение состава небольших небесных тел, таких как Морс-Сомнус, дает нам ценную информацию о том, откуда мы пришли», — сказал Пинилла-Алонсо. «Мы изучаем, как реальная химия и физика ТНО отражает распределение молекул на основе углерода, кислорода, азота и водорода в облаке, которое породило планеты, их спутники и малые тела», — говорит она. «Эти молекулы также были источником жизни и воды на Земле».

Химические и физические свойства ТНО предоставляют ценную информацию о том, какими были условия в ранней Солнечной системе. Вероятно, они содержат первозданные материалы, существовавшие на протопланетном диске, из которого сформировалась наша Солнечная система, включая примитивный лед. Эти льды не меняются из-за солнечного нагрева (поскольку Солнце находится очень далеко), но со временем они могут потемнеть под воздействием ультрафиолетового излучения, что планетологи наблюдали на Плутоне и других ледяных мирах. И эти тела могут быть перенесены из мест своего рождения в другие части Солнечной системы. Если их поверхности не сильно изменятся, то ученые смогут использовать спектральные исследования, чтобы проследить происхождение групп объектов.

Регион ТНО также содержит то, что ученые называют «динамической структурой». То есть распределение объектов по различным характеристикам, включая их орбиты и движения во времени. Объекты и события могут изменять динамическую структуру. Например, динамическая структура транснептуновой области несет следы планетарной миграции, произошедшей в первый миллиард лет существования Солнечной системы. Такие миграции затронули ТНО и, в частности, двойные системы, такие как Морс-Сомнус.

Весьма вероятно, что эта бинарная пара изначально образовалась далеко за пределами орбиты Нептуна. Исследователи обнаружили схожие спектроскопические характеристики между Морсом и Сомнусом и холодной классической группой. Это композиционное свидетельство того, что эта двойная пара образовалась на расстоянии далеко за пределами 30 астрономических единиц (на расстоянии почти 2,7 миллиардов миль). Затем они переместились на свои нынешние позиции под гравитационным воздействием других планетарных миграций.

Благодаря гравитационным возмущениям со стороны Нептуна Морс-Сомнус и его соседи приблизились к планете. Теперь они вращаются в резонансе с планетой. По словам исследователей, все эти объекты являются потенциальными индикаторами пути миграции Нептуна до того, как он выйдет на свою последнюю орбиту.

Двойные системы, разделенные расстоянием, как Морс-Сомнус, редко выживают за пределами областей, связанных гравитацией, где они защищены другими ОПК. Чтобы пережить миграцию, им требуется медленный процесс транспортировки к месту назначения. Миграция Нептуна на свою последнюю орбиту предоставила такую неторопливую возможность.

По словам соавтора Пинилла-Алонсо, использование JWST для изучения характеристик поверхности небольших далеких миров является большим достижением. Телескоп изучал более крупные миры, но впервые он сосредоточился на таких крошечных членах внешней Солнечной системы. «Впервые мы можем не только разрешать изображения систем с множеством компонентов, как это сделал космический телескоп Хаббл, но также можем изучать их состав с уровнем детализации, который может предоставить только Уэбб. Теперь мы можем исследовать процесс формирования этих двойных файлов, как никогда раньше».