Hubble i Webb znaleźli ślady wczesnej historii Układu Słonecznego w obiektach za Neptunem
- Hubble i Webb wspólnie obserwowały jeden obszar nieba i pomogły odkryć 27 wcześniej nieznanych obiektów transneptunowych.
- Małe obiekty zachowały wzorce barwne podobne do tych obserwowanych w przypadku większych ciał, wbrew oczekiwaniom, że zderzenia będą miały na nie silny wpływ.
- Rozkłady rozmiarów populacji zimnej i gorącej okazały się podobne, ale przyczyna tego podobieństwa i zachowania powierzchni pozostaje nieznana.
Co teleskopy odkryły za orbitą Neptuna
Teleskopy Hubble’a i Jamesa Webba pomogły astronomom zbadać małe ciała za orbitą Neptuna i odkryć 27 wcześniej nieznanych obiektów transneptunowych. Wspólna analiza dostarczyła nie tylko nowych informacji o rozmiarach i barwach tych odległych lodowych ciał, lecz także przyniosła zaskakujący wynik: małych obiektów było mniej, niż przewidywały niektóre teorie. Jednocześnie ich charakterystyka barwna okazała się zbliżona do charakterystyki większych ciał w tych samych obszarach.
Obiekty transneptunowe są ważne w badaniach wczesnego Układu Słonecznego, ponieważ wiele z nich nie przekształciło się w pełnoprawne planety i przetrwało jako małe ciała. W badaniu są one traktowane jako pozostałości materii, z której formowały się planety. Ich powierzchnie mogą przechowywać informacje o warunkach, w jakich powstały, oraz o późniejszych zmianach. Trudno je obserwować: świecą ponad sto milionów razy słabiej niż obiekty widoczne gołym okiem.
Wyniki przedstawiono w dwóch badaniach opublikowanych w The Astronomical Journal. Prace dotyczą rozmiarów, składu i dawnej historii nowo odkrytych obiektów. Zespoły badawcze kierowane przez doktorantów Uniwersytetu Wiktorii w Kanadzie oraz Uniwersytetu Północnej Arizony przeprowadziły najgłębsze wówczas badanie obiektów transneptunowych. Zespół z Victorii pracował pod kierownictwem Krajowej Rady Badań Naukowych Kanady.
Jak bada się odległe lodowe ciała
Oba teleskopy kosmiczne obserwowały jednocześnie ten sam fragment nieba, ale rejestrowały różne rodzaje światła. Hubble rejestrował światło widzialne, a Webb — podczerwień. Zestawienie danych pozwoliło astronomom zbadać barwy obiektów, oszacować ich rozmiary i określić cechy ich ruchu wokół Słońca. To właśnie połączenie dwóch rodzajów obserwacji umożliwiło zbadanie słabych obiektów, które trudno wykryć i badać tylko jedną metodą.
Kolory dostarczają badaczom wskazówek na temat składu chemicznego powierzchni i pomagają odróżniać możliwe historie obiektów. W badaniu ich znaczenie porównano do odcisków palców: na ich podstawie można wnioskować o indywidualnych właściwościach ciała. Sam kolor nie daje jednak ostatecznej odpowiedzi na pytanie, co działo się z powierzchnią. Dlatego zestawiono go z rozmiarami i parametrami orbit, aby dostrzec ogólne prawidłowości wśród odległych obiektów.
Badacze podzielili obiekty transneptunowe na dynamicznie „zimne” i „gorące” populacje. Nazwy te opisują nie temperaturę, lecz właściwości orbit. Zimne ciała poruszają się po stosunkowo kołowych orbitach i pozostają blisko płaszczyzny, w której krąży większość planet. Gorące obiekty mają natomiast bardziej wydłużone orbity i poruszają się powyżej i poniżej głównej płaszczyzny Układu Słonecznego.
Dwie populacje o różnej historii orbitalnej
Zimne obiekty transneptunowe, zgodnie z opisem badania, w większości pozostały w obszarach, w których powstały. Ich orbity są względnie spokojne i niezbyt wydłużone, a ich ruch pozostaje bliski wspólnej płaszczyźnie orbit planet. To sprawia, że są ważne dla porównania z ciałami, których trajektorie ulegały wyraźnym zmianom. Obserwacje wykazały, że nawet najmniejsi przedstawiciele zimnej populacji zachowują cechy barwne podobne do tych występujących u większych obiektów.
Gorące obiekty mają inną przypuszczalną historię: powstały między obecnymi orbitami Urana i Neptuna, a następnie zostały rozproszone na zewnątrz, gdy olbrzymie planety zmieniały swoje położenie we wczesnym Układzie Słonecznym. Obecnie ich orbity są bardziej wydłużone, a ich trasy przebiegają zarówno nad, jak i pod główną płaszczyzną planet. Mimo tak dynamicznej przeszłości wzorce barw tej populacji również są związane z warunkami formowania.
Podobieństwo właściwości barwnych obiektów zimnych i gorących jest szczególnie uderzające na tle różnic w historii ich orbit. Gorące ciała przeszły przekształcenia orbit, podczas gdy zimne w dużej mierze pozostały w pobliżu miejsc swoich narodzin. Mimo to obie grupy wykazują zależności barwne, które badacze uznają za ślady ich pochodzenia. Obserwacje wskazują, że cechy te zmieniły się mniej, niż można by oczekiwać w ciągu istnienia Układu Słonecznego.
Nieoczekiwane wyniki i otwarte pytania
Przed uzyskaniem danych naukowcy zakładali, że małe ciała transneptunowe powinny szczególnie mocno odczuwać skutki powtarzających się zderzeń na przestrzeni miliardów lat. Uderzenia mogły rozdrabniać obiekty, odsłaniać świeży materiał, a tym samym zmieniać skład i barwę powierzchni. Nowe obiekty wykazały jednak ogólne zależności barwne podobne do tych obserwowanych w przypadku dużych ciał. Nie zgadza się to z prostym oczekiwaniem, że małe ciała powinny koniecznie wyglądać inaczej z powodu częstych zderzeń.
Na razie pozostają co najmniej dwa możliwe wyjaśnienia. Obiekty mogły przetrwać mniej zderzeń, niż zakładali astronomowie, albo ich powierzchnie są w stanie zachować pierwotny skład nawet po uderzeniach. Obecne dane nie pozwalają rozstrzygnąć, która z tych możliwości jest prawdziwa. Anastasia Morgan, doktorantka Uniwersytetu Północnej Arizony, która kierowała badaniami nad barwą i składem, zauważyła, że małe ciała zdają się zachowywać ślady swojej historii formowania. Współautor badania, David Trilling, podkreślił, że gorące obiekty noszą ślady miejsca swojego pochodzenia mimo zmian orbit.
Dane z teleskopu Webb przyniosły jeszcze jeden wynik: rozkłady wielkości obiektów w populacji gorącej i zimnej okazały się zaskakująco podobne. Jest to szczególnie interesujące, ponieważ — jak wynika z badania — grupy te powstały w różnych obszarach wczesnego Układu Słonecznego. Podobieństwo może oznaczać, że procesy powstawania planetozymali przebiegały podobnie w różnych warunkach. Obserwacje nie wyjaśniają jednak na razie, dlaczego rozkłady są zbieżne, w jaki sposób zachowują się powierzchnie ani jak często dochodziło do zderzeń.
Źródło: ScienceDaily
