Фото: CC0 Общественное достояние
Ученые из Университета Центральной Флориды (UCF) и их коллеги сделали новые открытия в области формирования далеких ледяных объектов в космосе за пределами Нептуна, что позволяет глубже понять процесс формирования и роста нашей Солнечной системы.
С помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) учёные проанализировали далёкие объекты, известные как транснептуновые объекты (ТНО), и обнаружили различные следы метанола. Эти открытия помогают им лучше классифицировать различные ТНО и понять сложные химические реакции в космосе, которые могут быть связаны с формированием нашей Солнечной системы и зарождением жизни.
Результаты исследования, опубликованные в The Astronomical Journal Letters, показывают, что существует две отдельные группы транснептуновых объектов с поверхностным слоем льда, содержащим метанол: одна с небольшим количеством метанола на поверхности и большим резервуаром под поверхностью, а другая — наиболее удалённая от Солнца — с более слабым содержанием метанола.
Исследование предполагает, что космическое излучение на протяжении миллиардов лет могло повлиять на распределение метанола в первой группе, а также поднимает новые вопросы о приглушённых сигналах второй группы.
Возвращаясь назад во времени и пространстве
ТНО важны для нашего понимания происхождения Солнечной системы, потому что они представляют собой невероятно хорошо сохранившиеся остатки протопланетного диска — диска из газа и пыли, окружающего молодую звезду, такую как Солнце, — и могут дать учёным полное представление о прошлом.
Профессор-исследователь факультета физики Университета Центральной Флориды Ноэми Пинилья-Алонсо, которая сейчас работает в Университете Овьедо в Испании, была одним из руководителей исследования в рамках программы «Изучение состава поверхности транснептуновых объектов» (DiSCo), проводимой под руководством Университета Центральной Флориды. В программу также входит доцент Флоридского космического института (FSI) Университета Центральной Флориды Ана Каролина де Соуза-Фелисиано.
Пинилья-Алонсо говорит, что исследование помогает восстановить историю химии Солнечной системы и получить представление об экзопланетах, где метанол и метан играют ключевую роль в формировании атмосфер и указывают на условия потенциально обитаемых миров.
«Метанол, простой спирт, был обнаружен на кометах и далёких транснептуновых объектах, что позволяет предположить, что он может быть примитивным ингредиентом, унаследованным с ранних этапов существования нашей Солнечной системы или даже из межзвёздного пространства», — говорит Пинилья-Алонсо.
«Но метанол — это не просто пережиток прошлого. Под воздействием радиации он превращается в новые соединения, действуя как химическая капсула времени, которая показывает, как эти ледяные миры эволюционировали на протяжении миллиардов лет».
Ледяной метанол является ключевым предшественником, который может привести к образованию органических молекул, таких как сахара, и его обнаружение в TNO открывает множество новых возможностей, говорит она.
По словам Пинилья-Алонсо, эти спектральные различия показывают, что не все TNO образовались из одних и тех же молекулярных компонентов. Вместо этого их состав отражает их происхождение — где и как они образовались — и их изменения с течением времени.
«Больше всего меня взволновало осознание того, что эти различия связаны с поведением метанола — ключевого компонента, который долгое время не удавалось обнаружить на ТНО в ходе наблюдений с Земли, — говорит она. — Наши результаты показывают, что метанол разрушается на поверхности ТНО под воздействием радиации, но остаётся в большем количестве в недрах, защищённых от этого воздействия».
Пинилья-Алонсо работал вместе с исследователями UCF FSI, в том числе с де Соуза-Фелисиано, которые объединили лабораторные данные с результатами моделирования, чтобы лучше объяснить поведение метанола.
Де Соуза-Фелисиано помог лучше визуализировать результаты, воспроизведя некоторые спектральные особенности, которые наблюдали учёные, и, таким образом, смог математически обосновать данные исследования.
«Одним из самых больших сюрпризов стало поведение метанола, — говорит де Соуза-Фелисиано. — Согласно лабораторным данным, его спектры на более коротких волнах отличаются от фундаментальных спектров на более длинных волнах».
Де Соуза-Фелисиано участвовал в предыдущих исследовательских проектах DiSCo с использованием JWST, которые характеризовали двойные объекты и другие далёкие транснептуновые объекты.
«В основной статье DiSCo рассматриваются основные характеристики трёх групп TNO, — говорит она. — В этой статье подробно рассматривается одна из них, известная как группа «Клифф», которая является прозвищем спектральной группы, где коэффициент отражения не увеличивается после примерно 3,3 микрон».
По словам де Соуза-Фелисиано, эти TNO группы cliff являются не только капсулами времени для нашей солнечной системы, но и вмещают в себя TNO холодной классики, которые в основном оставались на месте с момента своего образования.
"Одна из причин, по которой эта группа является ключевой для понимания внешней солнечной системы, заключается в том, что она содержит все ТНО холодной классики", - говорит она. "ТНО холодной классики - единственная динамичная группа, которая, вероятно, оставалась в том месте, где они формировались, с момента образования солнечной системы и до сегодняшнего дня".
Розарио Брунетто, астроном из Парижского университета Сакле, руководила исследованием вместе с коллегами-учёными Эльсой Эно и Сашей Крайан.
Он говорит, что, по его мнению, это совместное открытие даст фундаментальные знания о нашей Солнечной системе и пробудит интерес к науке о планетах.
«Это открытие не только меняет наше представление о транснептуновых объектах, но и служит важным ориентиром для интерпретации наблюдений JWST за другими удалёнными объектами, такими как троянцы Нептуна, кентавры и астероиды, а также для будущих миссий по исследованию внешней части Солнечной системы», — говорит Брунетто.
«Помимо своего научного значения, поиск метанола в Солнечной системе также подогревает любопытство и вдохновляет новые поколения на изучение космоса и понимание химической эволюции в космосе».
В исследовании также приняли участие младший научный сотрудник UCF FSI Чарльз Шамбо и аспирантка UCF по физике Бриттани Харвисон.