Zespół kierowany przez Southwest Research Institute znalazł dowody na aktywność hydrotermalną lub metamorficzną na lodowych planetach karłowatych Eris i Makemake, znajdujących się w Pasie Kuipera. Metan wykryty na ich powierzchni ma charakterystyczne oznaki ciepłej, a nawet gorącej geochemii w skalistych jądrach, co znacznie różni się od sygnatury metanu pochodzącego z komety.
„Widzimy kilka interesujących oznak gorących czasów w chłodnych miejscach” – powiedział dr Christopher Glein z SwRI, ekspert w dziedzinie geochemii planet i główny autor artykułu na temat tego odkrycia. „Przystąpiłem do tego projektu z myślą, że duże obiekty Pasa Kuipera (KBO) powinny mieć starożytne powierzchnie wypełnione materiałami odziedziczonymi z pierwotnej mgławicy słonecznej, ponieważ ich zimne powierzchnie mogą zachować substancje lotne, takie jak metan. Zamiast tego Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) dał Znaleźliśmy dowody wskazujące na procesy termiczne wytwarzające metan z Eris i Makemake.
Pas Kuipera to rozległy obszar ciał lodowych w kształcie pączka poza orbitą Neptuna, na skraju Układu Słonecznego. Eris i Makemake są porównywalne pod względem wielkości do Plutona i jego księżyca Charona. Ciała te prawdopodobnie powstały na początku historii naszego Układu Słonecznego, około 4,5 miliarda lat temu. Z dala od ciepła naszego Słońca uważano, że KBO to zimne, martwe obiekty. W nowo opublikowanej pracy z badań JWST dokonano pierwszych obserwacji cząsteczek izotopowych na powierzchniach Eris i Makemake. Te tak zwane izotopologie to cząsteczki zawierające atomy o różnej liczbie neutronów. Dostarczają danych przydatnych w zrozumieniu ewolucji planet.
Zespół JWST zmierzył skład powierzchni planet karłowatych, w szczególności stosunek deuteru (ciężkiego wodoru, D) do wodoru (H) w metanie. Uważa się, że deuter powstał podczas Wielkiego Wybuchu, a wodór jest najobficiej występującym jądrem we wszechświecie. Stosunek D/H na ciele planetarnym dostarcza informacji o pochodzeniu, historii geologicznej i ścieżkach powstawania związków zawierających wodór.
„Umiarkowany stosunek D/H, który zaobserwowaliśmy za pomocą JWST, przeczy obecności pierwotnego metanu na starożytnej powierzchni. Pierwotny metan miałby znacznie wyższy stosunek D/H” – powiedział Glein. „Zamiast tego stosunek D/H wskazuje na geochemiczne pochodzenie metanu wytwarzanego w głębinach. Stosunek D/H jest jak okno. Możemy go używać w pewnym sensie, aby zajrzeć pod powierzchnię. Nasze dane sugerują podwyższoną temperaturę w skaliste jądra tych światów, w których można gotować metan. Można również wytworzyć azot cząsteczkowy (N2), co widzimy na Eris. Gorące jądra mogą również wskazywać na potencjalne źródła ciekłej wody pod ich lodowymi powierzchniami.”
W ciągu ostatnich dwudziestu lat naukowcy dowiedzieli się, że lodowe światy mogą podlegać ewolucji wewnętrznej w znacznie większym stopniu, niż dotychczas sądzono. Dowody na istnienie podpowierzchniowych oceanów znaleziono na kilku lodowych księżycach, takich jak księżyc Saturna Enceladus i księżyc Jowisza Europa. Woda w stanie ciekłym jest jednym z kluczowych składników określających potencjalną możliwość zamieszkania na planecie. Naukowcy będą badać możliwość istnienia oceanów wodnych wewnątrz Eris i Makemake w nadchodzących latach. Jeśli którykolwiek z nich nadawałby się do zamieszkania, stałby się najdalszym światem w Układzie Słonecznym, na którym mogłoby istnieć życie. Znalezienie wskaźników chemicznych procesów napędzanych wewnętrznie stanowi krok w tym kierunku.
„Gdyby w Eris i Makemake w swoich skalistych jądrach występowała lub być może nadal mogła utrzymywać się ciepła, a nawet gorąca geochemia, procesy kriowulkaniczne mogłyby następnie dostarczyć metan na powierzchnie tych planet, być może w niedawnych czasach geologicznych” – powiedział dr Will Grundy, astronom w Obserwatorium Lowell, jeden ze współautorów Gleina i główny autor artykułu towarzyszącego. „Odkryliśmy stosunek izotopów węgla (13C/12C), który sugeruje stosunkowo niedawne wynurzenie się na powierzchnię”.
Ta praca jest częścią zmiany paradygmatu w naukach planetarnych. Coraz częściej uznaje się, że zimne, lodowate światy mogą być ciepłe w sercu. Modele opracowane na potrzeby tego badania dodatkowo wskazują na powstawanie gazów geotermalnych na Tytanie, księżycu Saturna, który również obfituje w metan. Co więcej, wnioskowanie o nieoczekiwanej aktywności na Eris i Makemake podkreśla znaczenie procesów wewnętrznych w kształtowaniu tego, co widzimy na dużych KBO i jest zgodne z odkryciami dokonanymi na Plutonie.
„Po przelocie sondy New Horizons obok układu Plutona i dzięki temu odkryciu Pas Kuipera okazuje się znacznie bardziej żywy, jeśli chodzi o występowanie dynamicznych światów, niż byśmy sobie to wyobrażali” – powiedział Glein. „Nie jest jeszcze za wcześnie, aby zacząć myśleć o wysłaniu statku kosmicznego, który przeleciałby obok innego z tych ciał, aby umieścić dane z JWST w kontekście geologicznym. Wierzę, że będziemy oszołomieni cudami, które nas czekają!”