Телескоп Уэбба обнаружил необычные газовые струи от Центавра 29P

Дегазация Centaur 29P (NIRSpec). Автор: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI), Sara Faggi (NASA-GSFC, American University)

Вдохновленная полулюдьми-полуконями, существами из древнегреческой мифологии, область астрономии имеет свой собственный вид кентавров: далекие объекты, вращающиеся вокруг Солнца между Юпитером и Нептуном. Космический телескоп Джеймса Уэбба НАСА составил карту газов, выбрасываемых одним из этих объектов, что предполагает разнообразный состав и дает новые сведения о формировании и эволюции Солнечной системы.

Кентавры — бывшие транснептуновые объекты, которые были перемещены внутрь орбиты Нептуна тонкими гравитационными влияниями планет за последние несколько миллионов лет и могут в конечном итоге стать короткопериодическими кометами. Они «гибридные» в том смысле, что находятся на переходной стадии своей орбитальной эволюции: многие из них имеют общие характеристики как с транснептуновыми объектами (из холодного резервуара пояса Койпера), так и с короткопериодическими кометами, которые являются объектами, сильно измененными повторяющимися близкими прохождениями вокруг Солнца.

Поскольку эти небольшие ледяные тела находятся в орбитальной переходной фазе, они стали предметом различных исследований, поскольку ученые стремятся понять их состав, причины их газовыделительной активности (потерю ими льдов, находящихся под поверхностью) и то, как они служат связующим звеном между первичными ледяными телами во внешней части Солнечной системы и эволюционировавшими кометами.

Группа ученых недавно использовала инструмент NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) Уэбба для получения данных о Центавре 29P/Швассман-Вахман 1 (29P для краткости), объекте, который известен своими высокоактивными и квазипериодическими вспышками. Его интенсивность меняется каждые шесть-восемь недель, что делает его одним из самых активных объектов во внешней солнечной системе. Они обнаружили новую струю оксида углерода (CO) и ранее не наблюдавшиеся струи углекислого газа (CO ₂), которые дают новые подсказки о природе ядра кентавра.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.

«Кентавров можно считать остатками формирования нашей планетной системы. Поскольку они хранятся при очень низких температурах, они сохраняют информацию о летучих веществах на ранних стадиях развития Солнечной системы», — сказала Сара Фагги из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, и Американского университета в Вашингтоне, округ Колумбия, ведущий автор исследования.

«Уэбб действительно открыл дверь к разрешению и чувствительности, которые были впечатляющими для нас — когда мы впервые увидели данные, мы были взволнованы. Мы никогда не видели ничего подобного».

Уэбб и самолеты

Удаленные орбиты кентавров и, как следствие, их тусклость препятствовали детальным наблюдениям в прошлом. Данные предыдущих радиоволновых наблюдений кентавра 29P показали струю, направленную в основном к солнцу (и Земле), состоящую из CO.

Вебб обнаружил эту струю, направленную в лоб, и благодаря своему большому зеркалу и инфракрасным возможностям также чутко искал множество других химических веществ, включая воду (H ₂ O) и CO ₂. Последняя является одной из основных форм, в которой углерод хранится по всей солнечной системе. В атмосфере 29P не было обнаружено явных признаков водяного пара, что могло бы быть связано с чрезвычайно низкими температурами, присутствующими в этом теле.

Уникальные изображения и спектральные данные телескопа выявили никогда ранее не наблюдавшиеся особенности: две струи CO _2, исходящие в северном и южном направлениях, и еще одну струю CO, направленную на север. Это было первое определенное обнаружение CO ₂ в Centaur 29P.

На основе данных, собранных Уэббом, команда создала 3D-модель струй, чтобы понять их ориентацию и происхождение. В ходе моделирования они обнаружили, что струи были испущены из разных областей ядра кентавра, хотя само ядро Уэбб не может разрешить. Углы струй предполагают возможность того, что ядро может быть совокупностью отдельных объектов с разным составом; однако пока нельзя исключать и другие сценарии.

«Тот факт, что у Centaur 29P наблюдаются столь существенные различия в содержании CO и _CO2 на его поверхности, позволяет предположить, что 29P может состоять из нескольких частей», — сказал Джеронимо Виллануева, соавтор исследования в NASA Goddard.

«Возможно, две части слились вместе и образовали этого кентавра, который представляет собой смесь совершенно разных тел, прошедших отдельные пути формирования. Это бросает вызов нашим представлениям о том, как первичные объекты создаются и хранятся в поясе Койпера».

Centaur 29P Дегазация (концепция художника). Автор: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI)

Остающиеся без ответа вопросы (на данный момент)

Причины вспышек яркости Centaur 29P и механизмы, лежащие в основе его газовыделения посредством струй CO и _CO2, по-прежнему остаются двумя основными областями интереса, требующими дальнейшего изучения.

В случае комет ученые знают, что их струи часто приводятся в движение выделением воды. Однако из-за расположения кентавров они слишком холодны для сублимации водяного льда, что означает, что характер их активности выделения газа отличается от комет.

«У нас было время взглянуть на этот объект лишь один раз, словно на моментальный снимок во времени», — сказал Адам Маккей, соавтор исследования из Аппалачского государственного университета в Буне, Северная Каролина.

«Я хотел бы вернуться и рассмотреть Centaur 29P за более длительный период времени. Всегда ли струи имеют такую ориентацию? Возможно, есть еще одна струя окиси углерода, которая включается в другой момент периода вращения? Наблюдение за этими струями за определенный период времени даст нам гораздо лучшее представление о том, что движет этими выбросами».

Команда надеется, что по мере углубления понимания Centaur 29P они смогут применять те же методы к другим кентаврам. Улучшая коллективные знания астрономического сообщества о кентаврах, мы одновременно можем улучшить наше понимание формирования и эволюции нашей солнечной системы.

Больше информации: Sara Faggi et al, Heterogeneous outgassing regions identified on active centaur 29P/Schwassmann–Wachmann 1, Nature Astronomy (2024). DOI: 10.1038/s41550-024-02319-3

Источник: Space Telescope Science Institute