|
Ледяные планетезимали ранней Солнечной системы
|
|
|
|
Новые исследования, проведенные учеными из Университета Центральной Флориды, впервые дают более четкое представление о том, как формировалась и эволюционировала внешняя часть Солнечной системы, основываясь на анализе транснептуновых объектов (TNO) и кентавров.
|
|
|
|
Результаты, опубликованные сегодня в журнале Nature Astronomy, раскрывают распределение льдов в ранней Солнечной системе и то, как ТНО эволюционируют, когда они перемещаются вглубь области планет-гигантов между Юпитером и Сатурном, превращаясь в кентавров.
|
|
|
|
ТНО - это небольшие тела, или "планетезимали", вращающиеся вокруг Солнца за Плутоном. Они никогда не превращались в планеты и служат своеобразными капсулами времени, хранящими важнейшие свидетельства молекулярных процессов и миграции планет, которые сформировали Солнечную систему миллиарды лет назад. Эти объекты Солнечной системы похожи на ледяные астероиды и имеют орбиты, сравнимые с орбитой Нептуна или превышающие ее.
|
|
|
|
До нового исследования, проведенного UCF, было известно, что TNO представляют собой разнообразную популяцию, основанную на свойствах их орбит и цвете поверхности, но молекулярный состав этих объектов оставался малоизученным. На протяжении десятилетий отсутствие подробных знаний препятствовало интерпретации их цвета и динамического разнообразия. Теперь новые результаты дают ответ на давний вопрос об интерпретации цветового разнообразия, предоставляя информацию о композиции.
|
|
|
|
|
|
|
"Благодаря этому новому исследованию представлена более полная картина разнообразия, и кусочки головоломки начинают складываться воедино", - говорит Ноэми Пинилья-Алонсо, ведущий автор исследования.
|
|
|
|
"Впервые мы идентифицировали конкретные молекулы, ответственные за поразительное разнообразие спектров, цветов и альбедо, наблюдаемых у транснептуновых объектов", - говорит Пинилья-Алонсо. "Эти молекулы, такие как водяной лед, углекислый газ, метанол и сложные органические соединения, дают нам прямую связь между спектральными характеристиками ТНО и их химическим составом".
|
|
|
|
Используя космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), исследователи обнаружили, что ТНО можно разделить на три различные композиционные группы, сформированные линиями удержания льда, которые существовали в эпоху формирования солнечной системы миллиарды лет назад.
|
|
|
|
Эти линии идентифицируются как области, где температура была достаточно низкой для того, чтобы в протопланетном диске образовались и сохранились определенные льды. Эти области, определяемые их расстоянием от Солнца, отмечают ключевые точки температурного градиента ранней Солнечной системы и обеспечивают прямую связь между условиями формирования планетезималей и их современным составом.
|
|
|
|
Розарио Брунетто, второй автор статьи и научный сотрудник Национального центра научных исследований при Институте космической астрофизики (Университет Париж-Сакле), говорит, что полученные результаты являются первой четкой связью между образованием планетезималей в протопланетном диске и их последующей эволюцией. По его словам, эта работа проливает свет на то, как наблюдаемые сегодня спектральные и динамические распределения возникли в планетной системе, которая сформировалась в результате сложной динамической эволюции.
|
|
|
|
"Составные группы TNO распределены неравномерно среди объектов со схожими орбитами", - говорит Брунетто. "Например, холодные классические частицы, которые сформировались во внешних областях протопланетного диска, принадлежат исключительно к классу, в котором преобладают метанол и сложная органика. Напротив, ТНО, находящиеся на орбитах, связанных с облаком Оорта, которое возникло ближе к планетам-гигантам, относятся к спектральной группе, характеризующейся водяным льдом и силикатами."
|
|
|
|
Бриттани Харвисон, докторантка по физике Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, которая работала над проектом во время учебы у Пинильи-Алонсо, говорит, что три группы, определяемые составом их поверхности, обладают качествами, намекающими на композиционную структуру протопланетного диска.
|
|
|
|
"Это подтверждает наше понимание имеющегося материала, который помог сформировать внешние тела Солнечной системы, такие как газовые гиганты и их спутники, Плутон и другие обитатели транснептуновой области", - говорит она.
|
|
|
|
В дополнительном исследовании кентавров, опубликованном в том же номере журнала Nature Astronomy, исследователи обнаружили уникальные спектральные признаки, отличные от TNOs, которые указывают на наличие пылевых реголитовых покровов на их поверхностях.
|
|
|
|
Это открытие о кентаврах, которые представляют собой ТНО, изменившие свои орбиты в сторону планет-гигантов после близкого гравитационного столкновения с Нептуном, помогает понять, как ТНО становятся кентаврами, поскольку они нагреваются при приближении к Солнцу и иногда развивают хвосты, похожие на кометы.
|
|
|
|
Их работа показала, что все наблюдаемые поверхности кентавров обладают особыми характеристиками по сравнению с поверхностями TNO, что позволяет предположить, что изменения произошли в результате их путешествия во внутреннюю часть Солнечной системы.
|
|
|
|
Пинилья—Алонсо говорит, что среди трех типов поверхности TNO в популяции кентавров наблюдались два — чашеобразные и скалистые, которые бедны летучими льдами.
|
|
|
|
Однако у кентавров эти поверхности имеют отличительную особенность: они покрыты слоем пыльного реголита, перемешанного со льдом, говорит она.
|
|
|
|
"Интересно, что мы выявили новый класс поверхностей, не существующий среди TNO, напоминающий бедные льдом поверхности во внутренней части Солнечной системы, ядра комет и активные астероиды", - говорит она.
|
|
|
|
Хавьер Лисандро, старший научный сотрудник Института астрофизики Канарских островов (IAC, Тенерифе, Испания) и ведущий автор работы centaur, говорит, что спектральное разнообразие, наблюдаемое у кентавров, шире, чем ожидалось, что позволяет предположить, что существующие модели их термической и химической эволюции могут нуждаться в уточнении.
|
|
|
|
Например, по словам Лисандро, разнообразие органических признаков и степень наблюдаемого воздействия радиации не были полностью предсказаны.
|
|
|
|
"Разнообразие, обнаруженное в популяциях кентавров с точки зрения содержания воды, пыли и сложной органики, свидетельствует о различном происхождении популяции TNO и различных стадиях эволюции, подчеркивая, что кентавры - это не однородная группа, а скорее динамичные и переходные объекты", - говорит Лисандро.
|
|
|
|
"Эффекты тепловой эволюции, наблюдаемые в составе поверхности кентавров, являются ключевыми для установления взаимосвязи между ТНО и популяциями других малых тел, таких как неправильные спутники планет-гигантов и их троянские астероиды".
|
|
|
|
Соавтор исследования Чарльз Шамбо, планетолог из Флоридского космического института Калифорнийского университета (FSI), специализирующийся на изучении кентавров и комет, подчеркнул важность наблюдений и то, что некоторые кентавры могут быть отнесены к тем же категориям, что и диско-наблюдаемые TNO.
|
|
|
|
"Это довольно важно, потому что, когда TNO превращается в кентавра, он попадает в более теплую среду, где меняются поверхностные льды и материалы", - говорит Шамбо. "Однако, по-видимому, в некоторых случаях изменения поверхности минимальны, что позволяет связать отдельных кентавров с их родительской популяцией TNO. Спектральные типы TNO и кентавров различны, но достаточно похожи, чтобы их можно было связать".
|
|
Как проводилось исследование
|
|
|
|
Эти исследования являются частью проекта "Исследование состава поверхности транснептуновых объектов" (DiSCo), возглавляемого Пинильей-Алонсо, целью которого является изучение молекулярного состава TNO. Пинилья-Алонсо в настоящее время является заслуженным профессором Института космической науки и технологий в Астурии при Университете Овьедо и выполнял работу в качестве планетолога в FSI.
|
|
|
|
Для проведения исследований исследователи использовали JWST, запущенный почти три года назад, который обеспечивал беспрецедентное представление о молекулярном разнообразии поверхностей TNO и кентавров с помощью наблюдений в ближнем инфракрасном диапазоне, преодолевая ограничения наземных наблюдений и других доступных инструментов.
|
|
|
|
Для исследования TNOs исследователи измерили спектры 54 TNOs с помощью JWST, зафиксировав детальные световые характеристики этих объектов. Анализируя эти высокочувствительные спектры, исследователи смогли идентифицировать конкретные молекулы на их поверхности. Используя методы кластеризации, ТНО были разделены на три отдельные группы в зависимости от состава их поверхности. Эти группы были названы "Чашеобразными", "с двойным погружением" и "обрывистыми" из-за формы их структур поглощения света.
|
|
|
|
Они обнаружили, что:
|
|
|
|
ТНО чашеобразного типа составляли 25% образца и характеризовались сильным поглощением водяного льда и запыленной поверхностью. Они имели явные признаки кристаллического водяного льда и низкую отражательную способность, что указывает на наличие темных огнеупорных материалов.
|
|
На долю TNO с двойным погружением приходилось 43% образца, и они демонстрировали сильные полосы диоксида углерода (CO2) и некоторые признаки сложной органики.
|
|
TNO типа Cliff составляли 32% образца и имели явные признаки сложной органики, метанола и азотсодержащих молекул, а также были самыми красными по цвету.
|
|
|
|
Для исследования кентавров исследователи наблюдали и анализировали спектры отражения пяти кентавров (52872 Окирхо, 3253226 Тереус, 136204, 250112 и 310071). Это позволило им идентифицировать состав поверхности кентавров, выявив значительное разнообразие среди наблюдаемых образцов.
|
|
|
|
Они обнаружили, что Thereus и 2003 WL7 относятся к чашеобразному типу, в то время как 2002 KY14 относится к Скальному типу. Оставшиеся два кентавра, Okyrhoe и 2010 KR59, не вписывались ни в один из существующих спектральных классов и были отнесены к "мелкому типу" из-за их уникальных спектров. Эта недавно выделенная группа характеризуется высокой концентрацией примитивной кометоподобной пыли и практически полным отсутствием летучих льдов.
|
|
Предыдущие исследования и дальнейшие шаги
|
|
|
|
Пинилья-Алонсо говорит, что предыдущие исследования DiSCo выявили присутствие оксидов углерода, широко распространенных на поверхности TNO, что стало важным открытием.
|
|
|
|
"Теперь мы опираемся на это открытие, предлагая более полное понимание поверхности", - говорит она. "Одним из важных открытий является то, что водяной лед, который ранее считался самым распространенным поверхностным льдом, не так распространен, как мы когда-то предполагали. Вместо этого углекислый газ (CO2) — газ земной температуры — и другие оксиды углерода, такие как сверхлетучий монооксид углерода (CO), содержатся в большем количестве тел".
|
|
|
|
Результаты нового исследования - это только начало, говорит Харвисон.
|
|
|
|
"Теперь, когда у нас есть общая информация о выявленных композиционных группах, нам предстоит еще многое изучить и открыть для себя", - говорит она. "Как сообщество, мы можем начать изучать особенности того, что привело к появлению групп, какими мы видим их сегодня".
|
|
|
|
Источник
|
