Chociaż nasz Układ Słoneczny ma miliardy lat, dopiero niedawno bliżej poznaliśmy jednego z jego bardziej dynamicznych i urzekających mieszkańców, znanego jako (2060) Chiron.
Chiron należy do klasy obiektów, które astronomowie nazywają „centaurami”. Centaury to obiekty kosmiczne krążące wokół Słońca pomiędzy Jowiszem a Neptunem. Są podobne do mitologicznych stworzeń, od których zapożyczyły swoją nazwę, ponieważ są hybrydami i posiadają cechy zarówno asteroid, jak i komet.
Korzystając z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, naukowcy z UCF Florida Space Institute (FSI) poprowadzili niedawno zespół, który po raz pierwszy odkrył, że Chiron ma skład chemiczny powierzchni inny niż inne centaury. Na jego powierzchni znajduje się lód złożony z dwutlenku węgla i tlenku węgla, a także dwutlenek węgla i metan w śpiączce, czyli otaczającej ją przypominającej chmurę otoczce pyłu i gazu.
Wyniki badaczy opublikowano niedawno w czasopiśmie Astronomy & Astrophysics.
Badaniami kierowała współpracownik naukowy UCF FSI Noemí Pinilla-Alonso, która obecnie pracuje na Uniwersytecie w Oviedo w Hiszpanii, oraz asystent naukowy Charles Schambeau. Nowe odkrycia opierają się na wcześniejszych odkryciach Pinilla-Alonso i współpracowników, którzy na początku tego roku po raz pierwszy wykryli lód z tlenku i dwutlenku węgla na obiektach transneptunowych (TNO).
Obserwacje te, w połączeniu z obserwacjami Chirona, tworzą podstawową wiedzę pozwalającą zrozumieć powstanie naszego Układu Słonecznego, ponieważ obiekty te w dużej mierze pozostały niezmienione od czasu powstania Układu Słonecznego, mówi Pinilla-Alonso.
„Wszystkie małe ciała w Układzie Słonecznym opowiadają nam o dawnych czasach, których tak naprawdę nie możemy już obserwować” – mówi. „Ale aktywne centaury mówią nam znacznie więcej. Przechodzą transformację napędzaną ogrzewaniem słonecznym i zapewniają wyjątkową okazję do poznania warstw powierzchniowych i podpowierzchniowych”.
Ponieważ Chiron ma cechy zarówno asteroidy, jak i komety, dzięki temu jest bogaty w możliwości badania wielu procesów, które mogą pomóc w ich zrozumieniu, mówi.
„Wyjątkowość Chirona polega na tym, że możemy obserwować zarówno powierzchnię, gdzie znajduje się większość lodów, jak i śpiączkę, gdzie widzimy gazy pochodzące z powierzchni lub tuż pod nią” – mówi Pinilla-Alonso. „TNO nie wykazują tego rodzaju aktywności, ponieważ są za daleko i za zimno. Asteroidy nie wykazują tego rodzaju aktywności, ponieważ nie mają na nich lodu. Z drugiej strony komety wykazują aktywność jak centaury , ale zazwyczaj obserwuje się je bliżej Słońca, a ich komy są tak gęste, że komplikują interpretację obserwacji lodów na powierzchni i odkrycie, które gazy wchodzą w skład komy i ich różne relacje z lodami na powierzchni pomóżcie nam poznać właściwości fizyczne i chemiczne, takie jak grubość i porowatość warstwy lodu, jej skład oraz wpływ napromieniowania”.
Odkrycie tych lodów i gazów na obiekcie tak odległym jak Chiron – obserwowanym w pobliżu jego najdalszego punktu od Słońca – jest ekscytujące, ponieważ może pomóc w określeniu kontekstu innych centaurów i zapewnić wgląd w najwcześniejszą erę naszego Układu Słonecznego, mówi Schambeau.
„Te wyniki nie przypominają niczego, co widzieliśmy wcześniej” – mówi. „Wykrywanie śpiączki gazowej wokół obiektów tak odległych od Słońca jak Chiron jest bardzo trudne, ale JWST uczyniło to dostępnym. Odkrycia te pogłębiają naszą wiedzę na temat składu wnętrza Chirona i tego, w jaki sposób ta materia wytwarza unikalne zachowania podczas obserwacji Chirona”.
Schambeau specjalizuje się w badaniu centaurów, komet i innych obiektów kosmicznych. Przeanalizował komę metanu i ustalił, że wykryty wypływający gaz jest zgodny z tym, że pochodził z obszaru najbardziej nagrzanego przez Słońce.
Chiron, odkryty po raz pierwszy w 1977 r., charakteryzuje się znacznie lepiej niż większość centaurów i jest stosunkowo wyjątkowy, mówi Schambeau. Nowo przeanalizowane informacje pomagają naukowcom lepiej zrozumieć proces termofizyczny zachodzący w Chironie, w wyniku którego powstaje metan – mówi.
„To dziwak w porównaniu z większością innych centaurów” – mówi Schambeau. „Ma okresy, w których zachowuje się jak kometa, wokół niej znajdują się pierścienie materii i potencjalnie krążące wokół niej pole szczątków małego pyłu lub materiału skalistego. Rodzi się zatem wiele pytań dotyczących właściwości Chirona, które pozwalają na te unikalne zachowania”.
Naukowcy doszli do wniosku, że współistnienie cząsteczek w różnych stanach stanowi kolejną warstwę intrygi w badaniu komet i centaurów. W badaniu podkreślono także obecność napromieniowanych produktów ubocznych metanu, tlenku węgla i dwutlenku węgla, które będą wymagały dalszych badań i mogą pomóc naukowcom w dalszym odkrywaniu unikalnych procesów tworzących skład powierzchni Chirona.
Chiron pochodzi z regionu TNO i podróżuje po całym Układzie Słonecznym od chwili jego powstania, mówi Pinilla-Alonso. Orbity Chirona i wielu innych dużych obiektów nieplanetarnych czasami doświadczają bliskich spotkań z jedną z gigantycznych planet, gdzie przyciąganie grawitacyjne planety zmienia orbitę mniejszego obiektu, przenosząc je po całym Układzie Słonecznym i wystawiając je na działanie wielu różnych środowisk, ona mówi.
„Wiemy, że został wyrzucony z populacji TNO i dopiero teraz przechodzi przez obszar planet-olbrzymów, gdzie nie pozostanie zbyt długo” – mówi Pinilla-Alonso. „Po około 1 milionie lat centaury takie jak Chiron są zazwyczaj wyrzucane z obszaru planet-olbrzymów, gdzie mogą zakończyć swoje życie jako komety z rodziny Jowiszów lub mogą powrócić do regionu TNO”.
Pinilla-Alonso zauważa, że widma JWST po raz pierwszy pokazały mnóstwo lodów Chirona o różnych lotnościach i procesach ich powstawania, mówi.
Niektóre z tych lodów, takie jak metan, dwutlenek węgla i lód wodny, mogą być pierwotnymi składnikami Chirona odziedziczonymi z mgławicy przedsłonecznej. Inne, takie jak acetylen, propan, etan i tlenek węgla, mogły powstać na powierzchni w wyniku procesów redukcji i utleniania – mówi.
„Na podstawie naszych nowych danych z JWST nie jestem pewien, czy mamy standardowego centaura” – mówi Pinilla-Alonso. „Każdy aktywny centaur, który obserwujemy za pomocą JWST, wykazuje jakąś osobliwość. Jednak nie wszystkie mogą być odstające. Musi być coś, co wyjaśnia, dlaczego wydają się zachowywać inaczej, lub coś, co jest między nimi wspólne, czego jeszcze nie możemy zobaczyć”.
Analiza gazów i lodów Chirona otwiera nowe granice i możliwości ekscytujących badań – mówi.
„Zamierzamy skontaktować się z Chironem” – mówi Pinilla-Alonso. „Zbliży się do nas i jeśli będziemy mogli go zbadać z bliższych odległości i uzyskać lepsze odczyty na temat ilości i charakteru lodów, krzemianów i substancji organicznych, będziemy w stanie lepiej zrozumieć, w jaki sposób sezonowe zmiany nasłonecznienia i różne wzorce oświetlenia może wpłynąć na jego zachowanie i zbiornik lodu.”
JWST to najważniejsze na świecie obserwatorium nauk kosmicznych, które rozwiązuje tajemnice naszego Układu Słonecznego, spogląda poza niego, na odległe światy wokół innych gwiazd i bada tajemnicze struktury i pochodzenie naszego wszechświata. JWST to międzynarodowa współpraca prowadzona przez NASA ze swoimi partnerami, Europejską Agencją Kosmiczną i Kanadyjską Agencją Kosmiczną.
Referencje badaczy
Pinilla-Alonso była profesorem w FSI, która dołączyła do UCF w 2015 r. Większość jej pracy nad tym projektem wykonała, gdy była na UCF. Pinilla-Alonso jest także profesorem naukowym na Wydziale Fizyki UCF i kierowała licznymi międzynarodowymi kampaniami obserwacyjnymi wspierającymi misje NASA, takie jak New Horizons, OSIRIS-REx i Lucy. Pinilla-Alonso jest wybitnym profesorem w Instytucie Nauk i Technologii Kosmicznych w Asturii, na Uniwersytecie w Oviedo. Stopień doktora w dziedzinie astrofizyki i nauk planetarnych uzyskała na Universidad de La Laguna w Hiszpanii.
Schambeau jest asystentem naukowym, który w 2018 roku uzyskał stopień doktora fizyki ze specjalizacją w naukach planetarnych na Uniwersytecie UCF. Następnie dołączył do FSI, gdzie poszerzył swoją pracę o badanie komet i centaurów w ramach programu podoktorskiego Preeminent Postdoctoral Program na UCF.