Замерзший объект за Юпитером превращается в комету

Фото из открытых источников

Замерзший объект за Юпитером выбрасывает в космос углекислый газ, что указывает на причины активности на таком большом расстоянии от Солнца. Результаты исследования были опубликованы в журнале Planetary Science.

Кентавр, одно из ледяных тел, вращающихся за пределами Юпитера, начал выбрасывать газ в космос, несмотря на то, что для этого процесса слишком холодно для образования водяного льда. Там, где она вращается вокруг Солнца, слишком холодно для того, чтобы водяной лед испарялся, как это происходит на кометах, расположенных ближе к Солнцу. Эту работу выполняет что-то другое.

Объект называется 450P/LONEOS, и он вращается вокруг Солнца по траектории между Юпитером и Нептуном. Многие кентавры, включая этот, вероятно, прилетели сюда из пояса Койпера — кольца ледяных обломков за Нептуном.

Это не первый случай его активности. Уже при первом обнаружении астрономами в 2003 году он находился в видимой коме, затем оставался незамеченным более десяти лет, прежде чем вновь появился в 2022 году в безжизненном и спокойном состоянии. Новым является то, что приборы наконец-то зафиксировали именно тот газ, который на этот раз вырвался наружу.

Чарльз Шамбо, доцент Флоридского космического института при Университете Центральной Флориды, возглавляет группу, наблюдающую за спутником 450P/LONEOS с 2019 года. В группу входят Мария Вомак, Янга Фернандес и Арен Бек из Университета Центральной Флориды, а также астроном Майкл Келли из Университета Мэриленда.

В исследовании также принимали участие более десятка других коллег из США и Европы. Ранее команда Шамбо отслеживала 2060 Хирон, еще один кентавр, который, как было установлено, выбрасывает газ далеко от Солнца.

«Центавры имеют важное научное значение, поскольку считается, что это переходные объекты, которые возникли в более отдаленных уголках Солнечной системы и постепенно эволюционируют, превращаясь в кометы семейства Юпитера», — сказал Шамбо. «В этом смысле они дают нам возможность изучать относительно примитивный материал из внешней части Солнечной системы, когда он только начинает реагировать на более сильное солнечное излучение».

Спутник 450P/LONEOS когда-то следовал по более широкой петле, которая огибала Сатурн. В 1992 году близкий пролет мимо Сатурна изогнул эту петлю внутрь, сместив ближайшую к Солнцу точку 450P в сторону Юпитера, а не Сатурна.

Это тот же самый гравитационный толчок, который на протяжении веков преобразовывал других ледяных странников, перемещая их из широких, медленных петель на более узкие, обращенные к солнцу.

Процесс изменения траектории еще не завершен. Команда Шамбо смоделировала траекторию 450P и обнаружила, что в июле 2026 года объект прошел на расстоянии примерно половины астрономической единицы от Юпитера, что составляет приблизительно 74 миллиона километров.

Этот пролёт должен обеспечить сохранение его маршрута на относительно стабильном уровне примерно в течение следующих 200 лет.

Прежде чем кто-либо смог изучить 450P/LONEOS вблизи, астрономам нужно было снова его обнаружить. Его местоположение было настолько плохо известно, что команде, использующей телескоп Gemini North на Гавайях, потребовалось три неудачные попытки, прежде чем они наконец обнаружили объект в августе 2022 года.

Годом позже астрономы использовали это улучшенное положение для наведения космического телескопа Джеймса Уэбба. На снимках, полученных в ходе операции по извлечению тела, кентавр выглядел совершенно голым, без признаков комы. Вероятно, это было самое четкое на сегодняшний день изображение его голого ядра.

Диаметр объекта составляет около 3,6 километра, что довольно мало для кентавра. Его поверхность также оказалась краснее, чем у трех других кентавров, измеренных тем же способом, что относит его к красноватой границе популяции, которая обычно ближе к серому цвету.

Через год после возвращения с авианосца Gemini компания Webb направила свой прибор NIRSpec на спутник 450P/LONEOS и получила спектр комы. Прибор зафиксировал резкий скачок концентрации углекислого газа, при этом не было обнаружено соответствующего сигнала от водяного пара или угарного газа — двух других газов, которые обычно отслеживают астрономы.

Это отсутствие становится понятным, если учесть расстояние. В момент наблюдения телескопом Вебб объект 450P находился более чем в семь раз дальше от Солнца, чем Земля, и был достаточно холодным, чтобы обычный водяной лед практически не превращался в газ.

Для испарения льда из углекислого газа требуется гораздо меньше тепла, поэтому он выигрывает. Атом 450P также быстро выделял газ, примерно 7 триллионов триллионов молекул углекислого газа в секунду, что эквивалентно чуть более фунту газа в секунду.

«Обнаружение углекислого газа было важным, поскольку оно напрямую позволило идентифицировать один из газов, предположительно являющихся причиной активности», — сказал Шамбо.

По его словам, на таком расстоянии от Солнца ядро слишком холодное, чтобы сублимация водяного льда могла обеспечивать работу системы. Это дало команде подсказку о том, что же вместо этого питает кому.

«Возможное наличие кристаллического водяного льда также интересно, поскольку это говорит о том, что часть льда в коме подверглась нагреву или физической обработке, а не осталась совершенно неизменной с момента образования», — добавил Шамбо.

Пыль, вырывающаяся вместе с газом, едва заметна. Команда Шамбо подсчитала, что во время наблюдений Уэбба созвездие 450P сбрасывало от 4 до 8 килограммов. Это довольно скромная сумма для объекта, только что ставшего активным.

Однако его состав был весьма показателен. Примерно треть его объема, по-видимому, составлял водяной лед, смешанный с более темным, богатым углеродом материалом. Это был не рыхлый, бесструктурный лед, который никогда не нагревается.

Слабо различимое явление в спектре соответствовало кристаллическому водяному льду — более упорядоченной форме, которая образуется только при нагревании льда. Эти содержащие лед частицы были необычайно крупными, в несколько раз шире типичных частиц дыма.

Команда Шамбо заявила, что такое сочетание указывает на кому, содержащую материал, который уже был запечен и изменен в результате процесса термообработки, а не лед, остававшийся нетронутым с момента образования Солнечной системы.

Команда Шамбо создала тепловую модель 450P, охватывающую период примерно в 500 лет, и она совпадает с тем, что наблюдал Уэбб. По мере приближения к Солнцу после столкновения с Сатурном, тепло способствовало образованию погребенного аморфного льда — неупорядоченного льда, который удерживает газ внутри себя.

При температуре от 140 до 160 Кельвинов лед реорганизуется, принимая более упорядоченную форму, и содержащийся в нем углекислый газ высвобождается. Лишь около 15% известных кентавров когда-либо демонстрировали подобную активность. Ожидается, что будущие обзоры неба обнаружат еще тысячи таких объектов.

Пока никому не известно, как долго 450P сможет продолжать выделять газы. Также неясно, потускнеет ли его красная поверхность, приобретя серый оттенок, характерный для других активных кентавров, по мере того, как она будет нагреваться на солнце.