Двадцать семь тусклых объектов за Нептуном дают астрономам редкую возможность взглянуть на материал, из которого строились планеты и который сохранился, когда внешняя Солнечная система перестала расти.
Внешняя Солнечная система не пуста. За Нептуном, в холодном регионе, известном как пояс Койпера, бесчисленные малые тела обращаются вокруг Солнца. Большинство настолько тусклы, что даже мощные телескопы видят их как не более чем точки света. И все же эти объекты могут хранить нечто гораздо большее, чем предполагает их размер: запись о том, как начались планеты.
Новое исследование с использованием космического телескопа Hubble и космического телескопа James Webb изучило 27 самых маленьких и тусклых транснептуновых объектов, когда-либо измеренных таким образом. Результат любопытен. Тела, по-видимому, сохраняют те же цветовые соотношения, что и их более крупные родственники, хотя астрономы ожидали, что столкновения изменили их поверхности.
Что, если самые маленькие объекты за Нептуном — вовсе не избитые осколки? Что, если некоторые из них все еще несут химическую и физическую память о диске, из которого формировались планеты?
Что нашли Hubble и Webb?
Команды наблюдали две группы транснептуновых объектов (TNO). Одна группа следует по относительно круговым орбитам близко к исходной плоскости Солнечной системы. Астрономы называют их динамически «холодной» популяцией. Другая группа движется по более эллиптическим, наклонным путям. Эти «горячие» объекты, вероятно, сформировались ближе к молодому Солнцу и были вытолкнуты наружу, когда гигантские планеты двигались в ранней истории Солнечной системы.
Hubble измерял объекты в видимом свете, а Webb наблюдал их в инфракрасных длинах волн. Эта комбинация позволила исследователям сравнить их цвета, свойства поверхности, размеры и орбиты. Объекты чрезвычайно тусклы: NASA сообщает, что самое маленькое тело в выборке имеет диаметр около 5 километров — примерно в пять раз меньше предела, достигнутого самыми чувствительными наземными телескопами.
Наблюдения также обнаружили меньше малых TNO, чем предсказывали некоторые модели формирования планет. Это различие важно, потому что число малых тел记录, сколько фрагментации и столкновительного измельчения произошло после формирования исходных планетезималей.
Почему их цвета важны?
Цвет в этом исследовании — больше, чем внешний вид. Во внешней Солнечной системе то, как объект отражает видимый и инфракрасный свет, дает подсказки о материале на его поверхности. Более красное или темное тело может иметь другую смесь льдов, минералов и обработанных радиацией органических соединений, чем объект с другим спектром.
Астрономы ожидали, что самые маленькие объекты будут выглядеть иначе, чем крупные. Долгая история ударов должна обнажать свежие слои, покрывать старые поверхности обломками и менять химию через нагрев и радиацию. Если бы этот процесс был обычным, малые TNO потеряли бы цветовые соотношения, унаследованные от мест рождения.
Вместо этого новые наблюдения показывают, что малые тела как в горячей, так и в холодной популяциях следуют тем же широким цветовым паттернам, что и более крупные члены этих групп. Поверхности, по-видимому, сохранили сигнатуру того, где объекты сформировались, даже после того, как их орбиты были перестроены.
В этом смысле объекты «помнят» прошлое. Они не содержат буквальной записи. Их цвета и составы сохраняют след условий в раннем диске.
Сформировали ли столкновения пояс Койпера меньше, чем ожидалось?
Столкновения все еще происходят за Нептуном. Вопрос в том, как часто они происходят, насколько они жестоки и меняют ли они объект изнутри наружу.
Цветовой результат предполагает, что удары, возможно, не стирали исходные поверхностные свойства так эффективно, как предполагали некоторые модели. Возможно, число столкновений ниже ожидаемого. Возможно, многие удары слишком мягкие, чтобы выкапывать и перемешивать глубокий материал. Или, возможно, поверхности могут восстанавливать или сохранять свою химию после удара.
Данные пока не выбирают одно объяснение. Однако они дают исследователям новый тест. Если малые объекты в других частях пояса Койпера покажут те же цветовые соотношения, сохранение первичных поверхностей станет труднее списать на особенность одной выборки.
Открытие также меняет способ, которым астрономы думают о малых телах. Крошечный TNO может быть поврежденным фрагментом, но он также может быть remarkably неповрежденным остатком стадии до формирования полноразмерных планет. Один только размер не говорит нам, сколько истории потерял объект.
Почему горячая и холодная популяции так важны?
Две популяции сформировались в разных частях ранней Солнечной системы. Холодные объекты, по-видимому, остались относительно близко к своим исходным орбитам. Горячие объекты, вероятно, были рассеяны наружу миграцией Урана и Нептуна, перенося материал из более теплого региона в далекий пояс Койпера.
Если их цвета и распределения по размерам схожи, процесс, создавший планетезимали, мог работать более чем в одной среде. Диск мог производить сопоставимые строительные блоки даже там, где его температура, плотность и состав различались.
Наблюдения Webb обнаружили, что две группы имеют удивительно похожие распределения по размерам. Это еще одна подсказка о формировании планетезималей. Процесс мог производить характерный диапазон размеров объектов, который не сильно контролировался местными условиями.
Это не означает, что ранняя Солнечная система была однородной. Объекты все еще сохраняют различия между своими популяциями. Это означает, что некоторая часть процесса строительства планет могла быть более устойчивой, чем ожидали астрономы.
Что это говорит нам о рождении планет?
Планеты не начинали как готовые миры. Они выросли из пыли и гальки, которые собирались в планетезимали — твердые тела, которые могли быть километрами или десятками километров в поперечнике. Некоторые сталкивались и сливались. Другие были рассеяны наружу. Многие остались малыми.
TNO, наблюдаемые Hubble и Webb, — выжившие с той незавершенной стадии. Поскольку они так и не стали планетами, они могут сохранять условия, которые были стерты внутри более крупных миров плавлением, дифференциацией и геологическими изменениями.
Это делает далекий пояс Койпера своего рода естественным архивом. Его объекты тусклы и трудны для обнаружения, но их поверхности могут рассказать нам о диске, который когда-то окружал молодое Солнце. Самое маленькое тело в новой выборке важно не потому, что оно большое или яркое. Оно важно потому, что могло остаться близким к материалу, из которого возникла целая планетная система.
Работа также показывает, почему два телескопа лучше одного для этой задачи. Hubble может измерять видимые цвета этих крошечных тел, в то время как Webb может обнаруживать их слабый инфракрасный свет. Ни один вид в одиночку не дает полной картины. Вместе они раскрывают и то, как объекты выглядят, и то, как они могли сформироваться.
Что дальше?
Командам еще нужно объяснить, почему самые маленькие TNO так редки и почему их поверхности остаются похожими на поверхности более крупных тел.更多 наблюдений могли бы определить, сохраняется ли паттерн в разных орбитальных регионах и действительно ли некоторые объекты сохранили первичный материал под тонким измененным слоем.
Будущие обзоры также могут найти еще меньшие тела. Каждое новое измерение размера, цвета и орбиты поможет различить конкурирующие истории: пояс Койпера, сформированный постоянными столкновениями, регион, где удары относительно редки, или популяция, чьи поверхности могут восстанавливаться после disturbance.
Пока самый интригующий результат также самый простой. Объекты за Нептуном — не просто оставшиеся камни в темноте. Они могут быть маленькими капсулами времени с момента, когда Солнечная система еще решала, чем она станет.
И если их цвета действительно помнят, где они родились, следующий вопрос неизбежен: сколько еще оригинального планетостроительного диска молодого Солнца все еще движется сквозь темноту, ожидая, когда Hubble и Webb его увидят?
Архив на краю Солнечной системы
Пояс Койпера — это не просто скопление льда и камня. Это архив. Каждый объект в нем — фрагмент истории, которая началась 4,6 миллиарда лет назад.
Hubble и Webb показали, что даже самые маленькие из этих объектов сохранили память о своем происхождении. Их цвета рассказывают, где они сформировались. Их орбиты — как они мигрировали. Их размеры — сколько столкновений они пережили.
Для астрономов это шанс понять, как формировались планеты. Для нас — возможность заглянуть в прошлое, которое обычно скрыто.
Пояс Койпера ждет дальнейшего изучения. И, возможно, следующие открытия расскажут нам еще больше о том, как родился наш дом.
Источники: NASA, Hubble Space Telescope, James Webb Space Telescope, The Astronomical Journal, данные о 27 транснептуновых объектах.
Ваш комментарий