En la concepción de este artista, el objeto planetario recién descubierto, llamado Sedna, se encuentra en los bordes exteriores del sistema solar conocido. Fuente de la imagen: NASA/JPL-Caltech

usando Telescopio espacial James WebbLos astrónomos observaron tres planetas enanos en Cinturón de KuiperY el descubrimiento de hidrocarburos ligeros y moléculas complejas. Estos resultados avanzan nuestra comprensión de los objetos en el sistema solar exterior y resaltan las capacidades del Telescopio Espacial James Webb para la exploración espacial.

el Cinturón de KuiperLa vasta región en el borde de nuestro sistema solar, poblada por innumerables cuerpos helados, es un tesoro escondido de descubrimientos científicos. Detección y caracterización Objetos del cinturón de Kuiper (KBO), a veces denominados Objetos transneptunianos (Órganos TNO) condujo a una nueva comprensión de la historia del sistema solar. El desprendimiento de objetos del cinturón de Kuiper es un indicador de las corrientes gravitacionales que dieron forma al sistema solar y revela una historia dinámica de migraciones planetarias. Desde finales del siglo XX, los científicos han querido observar más de cerca los objetos del Cinturón de Kuiper para aprender más sobre sus órbitas y composición.

Observaciones del telescopio espacial James Webb

El estudio de objetos en el sistema solar exterior es uno de los muchos objetivos del Telescopio Espacial James Webb (JWST). Usando datos obtenidos por Webb espectrómetro de infrarrojo cercano (NIRSpec), un equipo internacional de astrónomos ha observado tres planetas enanos en el Cinturón de Kuiper: Sedna, Jungjung y Kwar. Estas observaciones revelaron muchas cosas interesantes sobre sus órbitas y composición, incluidos hidrocarburos ligeros y moléculas orgánicas complejas que se cree que son productos de la irradiación de metano.

La investigación fue dirigida por Joshua Emery, profesor de astronomía y ciencia planetaria en la Universidad del Norte de Arizona. A él se unieron investigadores de NASACentro de vuelos espaciales Goddard (GSFC). Instituto de Astrofísica Espacial (Universidad París-Saclay). Instituto Pinheadel Instituto Espacial de Florida (Universidad de Florida Central). Observatorio Lowellel Instituto de Investigación del Suroeste (Swei), y Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI), Universidad Americana. y la Universidad de Cornell. Una preimpresión de su artículo apareció en línea y está siendo revisada para su publicación por Ícaro.

Desde su último sobrevuelo del objeto Arrokoth en el cinturón de Kuiper, la misión New Horizons ha estado explorando objetos en el cinturón de Kuiper y realizando observaciones heliosféricas y astrofísicas. Crédito de la imagen: NASA/JHUAPL/SwRI//Roman Tkachenko

Historia de la exploración del cinturón de Kuiper

A pesar de todos los avances en astronomía y exploradores robóticos, lo que sabemos sobre el Transneptuno y el cinturón de Kuiper aún es limitado. Hasta el momento, la única tarea de estudio Urano, NeptunoSus principales satélites eran viajero 2 La misión sobrevoló estos dos gigantes de hielo en 1986 y 1989, respectivamente. Además, el nuevos horizontes La misión fue la primera nave espacial en estudiar Plutón y sus satélites (en julio de 2015) y el único que encontró un objeto del Cinturón de Kuiper, lo que ocurrió el 1 de enero de 2019, cuando voló cerca del Cinturón de Kuiper conocido como Arrokoth.

Previsiones de los astrónomos del JWST

Ésta es una de las muchas razones por las que los astrónomos han estado esperando ansiosamente el lanzamiento del Telescopio Espacial James Webb. Además de estudiar exoplanetas y las galaxias más antiguas del universo, también se han dirigido potentes capacidades de imágenes infrarrojas hacia nuestro patio trasero, revelando nuevas imágenes de… Marte, Júpitery ella El satélite más grande. Para su estudio, Emery y sus colegas se basaron en datos del infrarrojo cercano obtenidos por Webb para tres planetas del cinturón de Kuiper: Sedna, Gungong y Kuar. Estos objetos tienen aproximadamente 1.000 km (620 millas) de diámetro, lo que los coloca dentro de Clasificación de planetas enanos de la Unión Astronómica Internacional.

Información sobre los planetas enanos

Como dijo Emery a Universe Today por correo electrónico, estos objetos son particularmente interesantes para los astrónomos debido a su tamaño, órbitas y composiciones. Otros objetos transneptunianos, como Plutón, Eris, Haumea y Makemake, han retenido hielos volátiles en sus superficies (nitrógeno, metano, etc.). La única excepción es Haumea, que perdió sus volátiles con un efecto (aparentemente) significativo. Como dijo Emery, querían saber si Sedna, Goonggong y Quaoar también tenían volátiles similares en sus superficies:

«Trabajos anteriores han demostrado que podrían hacerlo. Si bien todos tienen tamaños aproximadamente similares, sus órbitas son diferentes. Sedna es un objeto de la nube interior de Oort con un perihelio de 76 AU y un apogeo de aproximadamente 1.000 AU. Gunggung está en un órbita elíptica También extremadamente, con un perihelio de 33 AU y un apogeo de ~100 AU, Kwar está en una órbita relativamente circular cerca de 43 AU. Estas órbitas colocan objetos en diferentes regímenes de temperatura y diferentes entornos de radiación (Sedna, por ejemplo, «pasa «La mayor parte de su tiempo está fuera de la heliosfera del Sol. Queríamos investigar cómo estas diferentes órbitas afectan las superficies. También hay otros hielos interesantes y materiales orgánicos complejos en las superficies».

Imágenes de una de las dos observaciones PRISM de Sedna, Goonggong y Quoar. Crédito: Emery, J.P. et al. (2023)

Utilizando datos del instrumento Webb NIRSpec, el equipo observó los tres objetos en modo prisma de baja resolución en longitudes de onda que abarcan entre 0,7 y 5,2 micrómetros (μm), colocándolos a todos en el espectro del infrarrojo cercano. Se realizaron observaciones adicionales de Quaoar desde 0,97 a 3,16 μm utilizando cuadrículas de resolución media con diez veces la resolución espectral. Los espectros resultantes revelaron algunas cosas interesantes sobre estos objetos TNO y sus composiciones de superficie, dijo Emery:

«Encontramos una abundancia de etano (C2H6) en los tres cuerpos, sobre todo en Sedna. Sedna también muestra acetileno (C2H2) y etileno (C2H4). La abundancia está relacionada con la órbita (la mayor parte en Sedna, menos en Gunggung y al menos en Kuwar), lo cual es consistente con las temperaturas relativas y los ambientes de radiación. Estas moléculas son productos de la irradiación directa de metano (CH4). Si el etano (u otro) hubiera estado presente en las superficies durante mucho tiempo, se habría transformado en Moléculas más complejas por irradiación. Dado que todavía las vemos, dudamos que los tejados deban repostarse con metano (CH4) con bastante regularidad.

Estos hallazgos son consistentes con los presentados en dos estudios recientes dirigidos por el Dr. Will Grundy, astrónomo del Observatorio Lowell e investigador asociado de la NASA. nuevos horizontes misión, y Chris Glenn, científico planetario y geoquímico de SwRI. En ambos estudios, Grundy, Glenn y sus colegas midieron las proporciones deuterio/hidrógeno (D/H) en el metano en Iris y Makemake y concluyeron que el metano no era primitivo. En cambio, argumentan, las proporciones resultan del metano que se procesa en el interior y se entrega a la superficie.

«Sugerimos que lo mismo puede ser cierto para Sedna, Gonggong y Quaoar», dijo Emery. «También vemos que los espectros de Sedna, Goonggong y Quaoar difieren de los de los KBO más pequeños. Hubo conversaciones en dos conferencias recientes que mostraron que los datos del Telescopio Espacial James Webb para los KBO más pequeños se agrupan en tres grupos, ninguno de los cuales Se parecen a Sedna, Gonggong y Quaoar, y están de acuerdo en que este es el resultado a pesar de que nuestros tres cuerpos más grandes tienen historias geotérmicas diferentes.

Comparación de los ocho TNO más grandes con la Tierra (todos a escala). Crédito: NASA/Léxico

Implicaciones de los resultados.

Estos resultados podrían tener implicaciones importantes para el estudio de los objetos del Cinturón de Kuiper, los TNO y otros objetos del sistema solar exterior. Esto incluye nuevos conocimientos sobre la formación de objetos más allá de la línea de congelación en los sistemas planetarios, que se refiere a la línea más allá de la cual se congelan los compuestos volátiles. En nuestro sistema solar, la región transneptuniana corresponde a la línea del nitrógeno, donde los objetos retienen grandes cantidades de materiales volátiles con puntos de congelación muy bajos (como nitrógeno, metano y amoníaco). Emery dijo que estos hallazgos también ilustran el tipo de procesos evolutivos que ocurren en los cuerpos de esta región:

«El impacto principal puede ser encontrar el volumen al que los objetos del Cinturón de Kuiper se calentaron lo suficiente como para el reprocesamiento interno del hielo primordial, y tal vez incluso la diferenciación. También deberíamos poder utilizar estos espectros para comprender mejor el procesamiento de radiación del hielo superficial en el sistema solar exterior”. Los estudios futuros también podrán observar con más detalle la estabilidad volátil y la posibilidad de atmósferas en estos objetos por encima de cualquier parte de sus órbitas.

Los resultados de este estudio también demuestran las capacidades del Telescopio Espacial James Webb, que ha demostrado su valía varias veces desde que entró en funcionamiento a principios del año pasado. También nos recuerda que, además de permitir nuevos conocimientos y nuevos descubrimientos sobre planetas distantes, galaxias y la estructura a gran escala del universo, Webb también puede revelar cosas sobre nuestro pequeño rincón del universo.

«Los datos del telescopio espacial James Webb son sorprendentes», añadió Emery. «Nos permitió obtener espectros en longitudes de onda más largas que las que podríamos obtener desde la Tierra, lo que nos permitió detectar estos hielos. A menudo, cuando se observa en un nuevo rango de longitudes de onda, los datos sin procesar pueden ser de muy mala calidad. El telescopio James Webb no La sonda espacial no solo proporcionó una nueva gama de longitudes de onda, sino que también proporcionó datos increíblemente sensibles y de alta calidad sobre una variedad de materiales de la superficie del sistema solar exterior.

Adaptado de un artículo publicado originalmente en El universo hoy.

Referencia: «Una historia de tres planetas enanos: hielo y materia orgánica en Sedna, Gunggong y Kuwar de la espectroscopia JWST» por J.P. Emery, I. Wang, R. Brunetto, J.C. Cook, N. Pinilla-Alonso, J. A. Stansbury, B. J. Holler, W. M. Grundy, S. Protopapa, A. C. Souza-Feliciano, E. Fernández-Valenzuela, J. I. Lunine y D. C. Hines, 26 de septiembre de 2023, Astrofísica > Física de la Tierra y planetaria Astrofísica.
arXiv:2309.15230