Artystyczna wizja czerwonawego, pokrytego kraterami obiektu transneptunowego na tle czarnego, usianego gwiazdami kosmosu.

Planetozymale za Neptunem pamiętają własne narodziny

Przez /

Kosmiczny duet Hubble–Webb odkrywa planetozymale, które pamiętają własne narodziny

Po raz pierwszy astronomowie połączyli możliwości Kosmicznych Teleskopów Hubble’a i Jamesa Webba, by jednocześnie obserwować ten sam fragment nieba daleko za orbitą Neptuna. Wynik przerósł oczekiwania: maleńkie obiekty transneptunowe (TNO), ponad sto milionów razy słabsze od granicy widoczności gołym okiem, wciąż noszą niemal nienaruszoną metrykę urodzenia sprzed 4,5 miliarda lat. Odkrycie może zmienić nasze wyobrażenie o tym, jak z pyłu i drobnych ziaren powstawały pierwsze budulce planet.

Wizja artystyczna obiektu transneptunowego – małego, lodowego ciała krążącego poza orbitą Neptuna. Takie obiekty są tak małe, że nawet dla Hubble’a i Webba pozostają jedynie punktami światła. Źródło: NASA, ESA, Leah Hustak (STScI)

Czym są planetozymale zza Neptuna

Obiekty transneptunowe to niewielkie, lodowe ciała krążące poza orbitą Neptuna, w tym w Pasie Kuipera. Stanowią one najlepsze dostępne okno na wczesny etap formowania planet — moment, w którym dysk pyłu i drobnych ziaren wokół młodego Słońca zaczął się sklejać w tak zwane planetozymale, czyli ciała wielkości miast, będące solidnymi cegiełkami przyszłych planet. W wewnętrznych rejonach Układu Słonecznego planetozymale zderzały się i łączyły, aż powstały pełnowymiarowe światy. Poza Neptunem ten drugi etap nigdy nie nastąpił, więc pozostała tam zamrożona w czasie populacja pierwotnych budulców.

Precyzyjny tandem dwóch teleskopów

W dwóch uzupełniających się artykułach opublikowanych we wtorek (8 września) w czasopiśmie The Astronomical Journal zespoły przeanalizowały barwę, skład i rozkład rozmiarów 27 nowo odkrytych, wyjątkowo słabych TNO. To najgłębszy jak dotąd przegląd tej populacji. Badaniami kierowali doktoranci: Anastasia Morgan z Northern Arizona University w Flagstaff (praca o barwie i składzie) oraz Marielle Eduardo z University of Victoria w Kanadzie, działająca pod opieką National Research Council of Canada (praca o rozkładzie rozmiarów). Współautorem pierwszego artykułu jest David Trilling z Northern Arizona University.

Kluczem do sukcesu było jednoczesne obserwowanie tego samego fragmentu nieba przez oba teleskopy — Hubble rejestrował światło widzialne, a Webb promieniowanie podczerwone. Barwy obiektów działają jak odcisk palca zdradzający skład ich powierzchni, dlatego połączenie obu zakresów dostarczyło znacznie więcej informacji niż którykolwiek z instrumentów użyty osobno.

Dwie populacje, dwie historie migracji

Naukowcy przyjrzeli się dwóm dynamicznie odmiennym grupom TNO. Pierwsza to obiekty zimne — wciąż poruszające się po niemal kołowych, pierwotnych orbitach w płaszczyźnie Układu Słonecznego. Druga to obiekty gorące, które uformowały się bliżej Słońca, między obecnymi orbitami Urana i Neptuna, a następnie zostały wypchnięte daleko na zewnątrz podczas wczesnej migracji planet olbrzymów. Dziś krążą po mocno wydłużonych, silnie nachylonych orbitach.

Zaskakujące wyniki: mniej obiektów, te same barwy

Przed tymi obserwacjami astronomowie spodziewali się, że małe TNO z obu populacji przeszły przez wiele zderzeń, które powinny były zmienić ich powierzchnie w porównaniu z większymi odpowiednikami. Dane pokazały coś zupełnie innego — małe ciała wyglądają niemal identycznie jak duże. Sugeruje to, że zderzenia nie zmieniają istotnie powierzchni tych obiektów, być może dlatego, że zdarzają się rzadziej, niż sądzono, albo dlatego, że TNO w jakiś sposób zachowują swój pierwotny skład mimo kolizji.

„Można sobie wyobrazić scenariusz, w którym rozbijanie i fragmentacja zmieniałyby skład powierzchni, a wtedy małe TNO miałyby inną barwę niż ich więksi krewni. Dlatego to fascynujące, że najmniejsze obiekty w jakiś sposób «pamiętają» i zachowują historię swojego powstania” — powiedziała Anastasia Morgan. Jak dodał David Trilling, dynamicznie gorące TNO zachowują sygnaturę miejsca, w którym się urodziły, mimo że od tamtej pory ich orbity zostały mocno zmienione.

Dane z Webba pozwoliły też policzyć obiekty poszczególnych rozmiarów. Okazało się, że rozkłady wielkości obu populacji są zaskakująco podobne — mimo że uformowały się w zupełnie różnych rejonach młodego dysku protoplanetarnego. To bardzo interesujące, że proces powstawania planetozymali prowadzi do tego samego rozkładu rozmiarów zarówno w populacji zimnej, jak i gorącej. Proces ten wydaje się niewrażliwy na warunki panujące w dysku — zauważyła Marielle Eduardo.

Badacze znaleźli też mniej najmniejszych ciał, niż przewidywały niektóre modele formowania planet. Webb wykrył 27 nowych, wyjątkowo słabych TNO — jeden z nich jest tak nikły, jakby z Ziemi dostrzec rój świetlików na Księżycu. Najmniejszy z odkrytych obiektów ma średnicę zaledwie około 5 kilometrów, czyli jest około pięciokrotnie mniejszy od granicy wykrywalności najczulszych naziemnych teleskopów.

Dlaczego to ważne

Odkrycie wzmacnia obraz Pasa Kuipera jako naturalnego archiwum wczesnej historii Układu Słonecznego — rejonu, w którym zamarł proces budowy planet, zanim planetozymale zdążyły połączyć się w większe światy. Zrozumienie, jak jednolity i mało zależny od lokalnych warunków był proces ich powstawania, przybliża naukowców do odpowiedzi na pytanie, w jaki sposób z pyłu i drobnych ziaren uformowały się pierwsze stałe budulce planet, w tym Ziemi.

Źródła

Główne:

Kontekstowe:

Opracowanie: Agnieszka Nowak

Powiązane wpisy

Przewijanie do góry