ウェッブ氏がカイパーベルトで 3 つの準惑星を観察

この芸術家の構想では、セドナと呼ばれる新たに発見された惑星のような物体は、既知の太陽系の外縁に位置しています。 画像出典: NASA/JPL-カリフォルニア工科大学

を使用して ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡天文学者は、3 つの準惑星を観測しました。 カイパーベルトそして軽質炭化水素と複雑な分子の発見。 これらの結果は、太陽系外縁部の天体についての理解を深め、宇宙探査におけるジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の能力を浮き彫りにします。

の カイパーベルト太陽系の端にある広大な地域には、無数の氷天体が存在し、科学的発見の宝庫です。 検出と特性評価 カイパーベルト天体 (KBO)、と呼ばれることもあります 太陽系外縁天体 (TNOボディ）太陽系の歴史の新たな理解につながりました。 カイパーベルト天体の脱落は、太陽系を形成した重力流の指標であり、惑星移動の動的な歴史を明らかにします。 20世紀後半以来、科学者たちはカイパーベルト天体を詳しく観察して、その軌道や組成について詳しく知ることに熱心になってきました。

ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の観測

太陽系外縁部の天体を研究することは、ジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) の多くの目標の 1 つです。 Webb が取得したデータの使用 近赤外分光計 (NIRSpec) によると、国際天文学者チームはカイパーベルトにある 3 つの準惑星を観察しました。 セドナ、ジュンジュン、クワル。 これらの観察により、メタン照射の生成物と考えられる軽質炭化水素や複雑な有機分子など、その軌道や組成に関する多くの興味深いことが明らかになりました。

この研究を主導したのは、北アリゾナ大学の天文学・惑星科学教授ジョシュア・エメリー氏だ。 彼には、次のような研究者が加わりました。 NASAゴダード宇宙飛行センター (GSFC)。 空間天体物理学研究所 （パリサクレー大学）。 ピンヘッド研究所、 フロリダ宇宙研究所 (セントラルフロリダ大学)。 ローウェル天文台、 サウスウェスト研究所 （スワイ）、そして 宇宙望遠鏡科学研究所 (STScI)、アメリカン大学。 そしてコーネル大学。 彼らの論文のプレプリントがオンラインで公開され、出版に向けて審査中です。 イカロス。

カイパーベルトのアロコス天体の前回の飛行以来、ニューホライズンズミッションはカイパーベルトの天体を探索し、太陽圏および天体物理学の観測を行ってきました。 画像クレジット: NASA/JHUAPL/SwRI//Roman Tkachenko

カイパーベルト探査の歴史

天文学とロボット探査機の進歩にもかかわらず、海王星横断とカイパーベルトについて私たちが知っていることはまだ限られています。 今のところ唯一の勉強課題は、 天王星、 ネプチューン彼らの主な衛星は次のとおりです。 ボイジャー2号 このミッションは、それぞれ 1986 年と 1989 年にこれら 2 つの氷の巨人によって飛行しました。 さらに、 ニューホライズン このミッションは研究対象となった最初の宇宙船でした 冥王星 カイパーベルト天体に遭遇した唯一の衛星であり、2019年1月1日にアロコスとして知られるカイパーベルトの近くを飛行したときに発生した。

JWSTによる天文学者の予報

これが、天文学者がジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡の打ち上げを心待ちにしていた多くの理由の 1 つです。 系外惑星や宇宙最古の銀河の研究に加えて、強力な赤外線画像機能も私たちの裏庭に向けられており、新しい画像が明らかになりました… 火星、 木星と彼女 最大の衛星。 研究のために、エメリーと彼の同僚は、カイパーベルトの 3 つの惑星 (セドナ、グンゴン、クアール) についてウェッブが取得した近赤外線データに依存しました。 これらの天体は直径約 1,000 km (620 マイル) であり、 国際天文学連合による準惑星の分類。

準惑星に関する洞察

エメリー氏が電子メールでユニバース・トゥデイに語ったところによると、これらの天体はその大きさ、軌道、組成の点から天文学者にとって特に興味深いものである。 冥王星、エリス、ハウメア、マケマケなどの他の太陽系外天体は、表面に揮発性の氷（窒素、メタンなど）を保持しています。 唯一の例外はハウメアで、（明らかに）重大な効果で揮発分を失いました。 Emery 氏が述べたように、彼らは Sedna、Goonggong、Quaoar の表面にも同様の揮発性物質があるかどうかを知りたかったのです。

「これまでの研究では、それが可能である可能性があることが示されています。それらはすべてほぼ同じような大きさですが、軌道は異なります。セドナはオールトの雲の内側にある天体で、近日点は 76 天文単位、遠地点は約 1,000 天文単位です。グングンは、楕円軌道 また、極端に言うと、近日点が 33 天文単位、遠地点が ~100 天文単位であるため、クワールは 43 天文単位付近の比較的円形の軌道にあります。これらの軌道は、物体を異なる温度領域と異なる放射線環境に置きます (たとえば、セドナは「 「太陽の太陽圏のほとんどの時間は太陽太陽圏の外側にあります。私たちはこれらの異なる軌道が表面にどのような影響を与えるかを調査したかったのです。表面には他にも興味深い氷や複雑な有機物質もあります。」

セドナ、ゴンゴン、クオアールの 2 つの PRISM 観測のうちの 1 つからの画像。 クレジット: Emery、J.P. 他 (2023年)

研究チームは、Webb NIRSpec 機器からのデータを使用して、3 つの天体すべてを低解像度プリズム モードで 0.7 ～ 5.2 マイクロメートル (μm) の範囲の波長で観察し、すべて近赤外スペクトル内に配置しました。 追加の Quaoar 観察は、10 倍のスペクトル分解能を持つ中解像度グリッドを使用して、0.97 ～ 3.16 μm で行われました。 得られたスペクトルから、これらの TNO 天体とその表面組成についていくつかの興味深いことが明らかになったとエメリー氏は述べています。

「3 つの天体、特にセドナで豊富なエタン (C2H6) が見つかりました。セドナにはアセチレン (C2H2) とエチレン (C2H4) も見られます。存在量は軌道に関連しています (セドナが最も多く、グングンは少なく、これは、相対温度と放射線環境と一致します。これらの分子は、メタン (CH4) の直接照射の生成物です。エタン (またはその他) が表面に長期間存在していた場合、エタン (またはその他) は、次のように変換されたでしょう。私たちはまだそれらを目にしているので、かなり定期的に屋上にメタン (CH4) を補給する必要があるとは考えていません。

これらの発見は、ローウェル天文台の天文学者でNASA准研究員であるウィル・グランディ博士が主導した最近の2件の研究で発表されたものと一致している。 ニューホライズン ミッション、そしてSwRIの惑星科学者兼地球化学者のクリス・グレン氏。 どちらの研究でも、グランディ、グレンらはアイリスとマケマケでメタン中の重水素/水素(D/H)比を測定し、メタンは原始的ではないと結論付けた。 むしろ、この比率はメタンが内部で処理され、地表に供給されることに起因すると主張している。

「セドナ、ゴンゴン、クアオールにも同じことが当てはまるのではないかと考えています」とエメリー氏は語った。 「また、セドナ、ゴンゴン、クオアーのスペクトルが、より小規模なKBOのスペクトルとは異なることもわかりました。最近の2つの会議で、より小規模なKBOのジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡のデータが3つのグループにクラスター化していることを示す講演がありましたが、いずれもグループではありませんでした」セドナ、ゴンゴン、クアオールに似ており、私たちの 3 つの大きな天体が異なる地熱履歴を持っているにもかかわらず、これは結果であることに同意しています。

8 つの最大規模の TNO と地球との比較 (すべて縮尺どおり)。 クレジット: NASA/レキシコン

結果の意味するところ

これらの結果は、カイパーベルト天体、TNO、および太陽系外縁部のその他の天体の研究に重要な意味を持つ可能性があります。 これには、揮発性化合物が凍結する線を指す、惑星系における霜線を超えた物体の形成に関する新たな洞察が含まれています。 私たちの太陽系では、海王星横断領域は窒素線に対応しており、そこでは物体が凝固点の非常に低い揮発性物質 (窒素、メタン、アンモニアなど) を大量に保持しています。 エメリー氏は、これらの発見は、この地域の身体で起こっている進化過程のタイプも示していると述べた。

「主な影響は、カイパーベルト天体が原始氷の内部再処理、さらには差別化に十分な温度になった体積を見つけることかもしれません。また、これらのスペクトルを使用して、氷の表面の放射線処理をよりよく理解できるはずです。」今後の研究では、これらの天体の軌道上にある揮発性の安定性と大気が存在する可能性について、より詳細に調べることもできるでしょう。

この研究の結果は、昨年初めに運用開始されて以来、何度もその価値を証明してきたジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の能力も実証している。 また、ウェッブは、遠く離れた惑星、銀河、宇宙の大規模構造についての新たな洞察と新たな発見を可能にするだけでなく、私たち自身の宇宙の小さな一角についても明らかにできることを私たちに思い出させます。

「ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡のデータは素晴らしいです」とエメリー氏は付け加えた。 「これにより、地球から得られるよりも長い波長でスペクトルを取得できるようになり、これらの氷を検出できるようになりました。多くの場合、新しい波長範囲で観測すると、生データの品質が非常に低くなることがあります。ジェームズ ウェッブ望遠鏡はそうではありませんでした」この宇宙探査機は新たな波長範囲を提供しただけでなく、太陽系外縁部のさまざまな表面物質に関する驚くほど高品質で機密性の高いデータも提供しました。

に最初に掲載された記事を改​​作したもの 今日の宇宙。

参考文献：「A Tale of Three Dwarf Planets: Ice and Organics in Sedna, Gunggong, and Kawar from JWST Spectroscopy」J.P. Emery, I. ウォン、R. ブルネット、J.C. クック、N. ピニラ＝アロンソ、J.A.スタンズベリー、B.J.ホラー、W.M.グランディ、S.プロトパパ、A.C.ソウザ＝フェリシアーノ、E.フェルナンデス＝ヴァレンズエラ、J.I.ルナイン、D.C.ハインズ、2023年9月26日、 天体物理学 > 地球惑星物理学。
arXiv:2309.15230