|
Соединения углерода нашли на окраинах Солнечной системы
|
|
|
|
Впервые льды из диоксида углерода и монооксида углерода были обнаружены в дальних уголках нашей Солнечной системы на транснептуновых объектах (TNO). Исследовательская группа, возглавляемая планетологами Марио Насименто Де Пра и Ноэми Пинилья-Алонсо из Флоридского космического института Университета Центральной Флориды (FSI), сделала выводы, используя инфракрасные спектральные возможности космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) для анализа химического состава 59 транснептуновых объектов и кентавры. Новаторское исследование, опубликованное на этой неделе в журнале Nature Astronomy, предполагает, что лед из углекислого газа был в изобилии в холодных внешних областях протопланетного диска, огромного вращающегося диска из газа и пыли, из которого сформировалась Солнечная система. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы понять происхождение льда из монооксида углерода, поскольку он также широко распространен в исследуемых ТНО.
|
|
|
|
Исследователи сообщили об обнаружении углекислого газа в 56 TNO и монооксида углерода в 28 (плюс шесть с сомнительными или незначительными обнаружениями) из выборки из 59 объектов, наблюдавшихся с помощью JWST. Согласно исследованию, углекислый газ был широко распространен на поверхности транснептуновой популяции, независимо от динамического класса и размера тела, в то время как монооксид углерода был обнаружен только в объектах с высоким содержанием углекислого газа. Эта работа является частью программы UCF по изучению состава поверхности транснептуновых объектов (DiSCo-TNOs), одной из программ JWST, ориентированной на анализ нашей Солнечной системы. "Мы впервые наблюдали эту область спектра для большой коллекции TNO, поэтому в некотором смысле все, что мы увидели, было захватывающим и уникальным", - говорит де Пра, соавтор исследования. "Мы не ожидали обнаружить, что углекислый газ настолько распространен в регионе TNO, и еще меньше ожидали, что монооксид углерода присутствует в таком количестве TNO".
|
|
|
По его словам, открытие льдов может еще больше помочь нам понять формирование нашей солнечной системы и то, как небесные объекты могли мигрировать. "Транснептуновые объекты являются реликтами процесса формирования планет", - говорит де Пра. "Эти находки могут наложить важные ограничения на то, где эти объекты были сформированы, как они попали в регион, где обитают в настоящее время, и как эволюционировали их поверхности с момента их образования. Поскольку они образовались на больших расстояниях от Солнца и меньше, чем планеты, они содержат первозданную информацию о первоначальном составе протопланетного диска". Лед из окиси углерода был обнаружен на Плутоне зондом New Horizons, но только после JWST там появилась обсерватория, достаточно мощная, чтобы точно определить и обнаружить следы льда из окиси углерода или углекислого газа на самой большой популяции TNO. Углекислый газ обычно содержится во многих объектах нашей Солнечной системы. Итак, команде DiSCo было любопытно узнать, существует ли он в больших количествах за пределами Нептуна.
|
|
|
|
Согласно исследованию, возможные причины, по которым ранее не было обнаружено льда из диоксида углерода на TNOS, включают меньшее количество нелетучего диоксида углерода, который со временем оказывается погребенным под слоями других, менее летучих льдов и огнеупорных материалов, превращение в другие молекулы при облучении и простые ограничения в наблюдениях. По словам де Пра, обнаружение углекислого газа и монооксида углерода в TNOs дает некоторый контекст, но в то же время поднимает много вопросов. "В то время как углекислый газ, вероятно, образовался из протопланетного диска, происхождение монооксида углерода остается более неопределенным", - говорит он. "Оксид углерода является летучим льдом даже на холодных поверхностях TNO. Мы не можем исключать, что монооксид углерода образовался изначально и каким-то образом сохранился до настоящего времени. Однако данные свидетельствуют о том, что он мог образоваться в результате облучения углеродсодержащих льдов".
|
|
|
|
Подтверждение присутствия углекислого газа и монооксида углерода в TNOs открывает множество возможностей для дальнейшего изучения и количественной оценки того, как и почему они присутствуют, говорит Пинилья-Алонсо, который также является соавтором исследования и руководит программой DiSCo-TNOs. "Открытие диоксида углерода на транснептуновых объектах было захватывающим, но еще более интересными были его характеристики", - говорит она. "Спектральный анализ диоксида углерода выявил два различных состава поверхности в нашем образце. В некоторых ТНО диоксид углерода смешивается с другими материалами, такими как метанол, водяной лед и силикаты. Однако в другой группе, где диоксид углерода и монооксид углерода являются основными компонентами поверхности, спектральная характеристика была поразительно уникальной. Этот четкий отпечаток углекислого газа не похож ни на что, наблюдаемое на других телах Солнечной системы или даже воспроизведенное в лабораторных условиях".
|
|
|
|
Теперь кажется очевидным, что при избытке углекислого газа он кажется изолированным от других материалов, но это само по себе не объясняет форму полосы, - говорит Пинилья-Алонсо. По ее словам, понимание этих полос углекислого газа - еще одна загадка, вероятно, связанная с их уникальными оптическими свойствами и тем, как они отражают или поглощают определенные цвета света. "Обычно предполагалось, что, возможно, в TNO может присутствовать углекислый газ, поскольку углекислый газ существует в газообразном состоянии в кометах, которые сопоставимы по составу", - говорит Пинилья-Алонсо. "В кометах мы наблюдаем углекислый газ в виде газа, выделяющегося в результате сублимации льда на поверхности или непосредственно под ней", - говорит она. "Однако, поскольку углекислый газ никогда не наблюдался на поверхности TNOS, было распространено мнение, что он удерживается под поверхностью. Наши последние результаты опровергают это представление. Теперь мы знаем, что углекислый газ не только присутствует на поверхности ТНО, но и встречается чаще, чем водяной лед, который, как мы ранее думали, является наиболее распространенным материалом на поверхности. Это открытие кардинально меняет наше понимание состава ТНО и позволяет предположить, что процессы, влияющие на их поверхность, являются более сложными, чем мы предполагали".
|
|
|
|
Соавторы исследования Эльза Эно, докторантка Института космической астрофизики Университета Париж-Сакле и Французского национального центра научных исследований, и Розарио Брунетто, научный руководитель Эно, привнесли лабораторный и химический подход в интерпретацию наблюдений JWST. Эно проанализировал и сравнил полосы поглощения углекислого газа и монооксида углерода на всех объектах. Несмотря на то, что было достаточно свидетельств присутствия льда, было большое разнообразие в количестве и распределении, говорит Эно. "Несмотря на то, что мы обнаружили, что CO2 распространен повсеместно в TNO, он определенно распределен неравномерно", - говорит она. "Некоторые объекты бедны углекислым газом, в то время как другие очень богаты углекислым газом и содержат монооксид углерода. Некоторые объекты содержат чистый углекислый газ, в то время как другие содержат его в смеси с другими соединениями. Сопоставление характеристик углекислого газа с орбитальными и физическими параметрами позволило нам сделать вывод, что вариации содержания углекислого газа, вероятно, отражают различные регионы формирования объектов и их раннюю эволюцию."
|
|
|
|
Проведенный анализ показал, что весьма вероятно, что в протопланетном диске присутствовал углекислый газ, однако маловероятно, что монооксид углерода был изначальным, говорит Эно. "Монооксид углерода может эффективно образовываться в результате постоянной ионной бомбардировки, исходящей от нашего солнца или других источников", - говорит она. "В настоящее время мы изучаем эту гипотезу, сравнивая наблюдения с экспериментами по ионному облучению, которые могут воспроизвести условия замерзания и ионизации поверхности TNO". Исследование дало некоторые определенные ответы на давние вопросы, связанные с открытием ТНО почти 30 лет назад, но исследователям еще предстоит пройти долгий путь, говорит Эно. "Сейчас возникают другие вопросы", - говорит она.
|
|
|
|
- Особенно, учитывая происхождение и эволюцию монооксида углерода. Наблюдения во всем спектральном диапазоне настолько обширны, что они, безусловно, займут ученых на долгие годы". Хотя наблюдения в рамках программы DiSCo приближаются к завершению, до анализа и обсуждения результатов еще далеко. Фундаментальные знания, полученные в ходе исследования, станут важным дополнением к будущим исследованиям в области планетологии и астрономии, говорит де Пра. "Мы лишь поверхностно изучили, из чего сделаны эти предметы и как они появились", - говорит он. "Теперь нам нужно понять взаимосвязь между этими льдами и другими соединениями, присутствующими на их поверхности, и понять взаимосвязь между сценарием их образования, динамической эволюцией, сохранением летучих веществ и механизмами облучения на протяжении всей истории Солнечной системы".
|
|
|
|
Источник
|
