Раскрытие следов кентавра: ученые изучают уникальный гибрид астероида и кометы

Художественное изображение активного кентавра, такого как Хирон. Различные цвета комы указывают на различный состав газа, льда и пыли. Автор: Уильям Гонсалес Сьерра

Хотя нашей солнечной системе миллиарды лет, мы только недавно познакомились поближе с одним из ее наиболее динамичных и увлекательных обитателей, известным как (2060) Хирон.

Хирон относится к классу объектов, которые астрономы называют «Кентаврами». Кентавры - это космические объекты, которые вращаются вокруг Солнца между Юпитером и Нептуном. Они похожи на мифологическое существо, от которого позаимствовали свое название, поскольку являются гибридом, обладающим характеристиками как астероидов, так и комет.

Используя космический телескоп Джеймса Уэбба, ученые Флоридского космического института Калифорнийского университета (FSI) недавно возглавили команду, которая впервые обнаружила, что химический состав поверхности Хирона отличается от других кентавров. На его поверхности есть лед из двуокиси углерода и монооксида углерода, а также двуокись углерода и метан в виде комы - облачной оболочки из пыли и газа, окружающей его.

Результаты исследований были недавно опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.

Исследованиями руководили младший научный сотрудник UCF FSI Ноэми Пинилья-Алонсо, которая сейчас работает в Университете Овьедо в Испании, и ассистент ученого Чарльз Шамбо. Новые результаты основаны на предыдущих открытиях Пинильи-Алонсо и ее коллег, которые впервые в начале этого года обнаружили монооксид углерода и лед из углекислого газа на транснептуновых объектах (TNO).

По словам Пинильи-Алонсо, эти наблюдения в сочетании с наблюдениями за Хироном дают фундаментальные знания для понимания создания нашей солнечной системы, поскольку эти объекты в основном оставались неизменными с момента образования Солнечной системы.

"Все маленькие тела в Солнечной системе рассказывают нам о том, как все было в прошлом, а это тот период времени, который мы больше не можем наблюдать", - говорит она. "Но активные кентавры рассказывают нам гораздо больше. Они претерпевают трансформацию, вызванную солнечным нагревом, и предоставляют уникальную возможность узнать о поверхностных и подповерхностных слоях".

Поскольку Хирон обладает характеристиками как астероида, так и кометы, это открывает широкие возможности для изучения многих процессов, которые могли бы помочь в их понимании, - говорит она.

"Уникальность Хирона в том, что мы можем наблюдать как поверхность, где находится большинство льдов, так и толщу, где мы видим газы, которые поднимаются с поверхности или чуть ниже нее", - говорит Пинилья-Алонсо.

"Выяснение того, какие газы входят в состав комы, и их различных связей со льдом на поверхности помогает нам изучить физические и химические свойства, такие как толщина и пористость слоя льда, его состав и то, как на него влияет облучение".

По словам Шамбо, открытие этих льдов и газов на таком удаленном объекте, как Хирон, наблюдаемое вблизи его самой удаленной точки от Солнца, является захватывающим, поскольку оно может помочь определить контекст других кентавров и дать представление о самой ранней эре нашей Солнечной системы.

"Эти результаты не похожи ни на что из того, что мы видели раньше", - говорит он. "Обнаружить скопления газа вокруг объектов, расположенных так далеко от Солнца, как Хирон, очень сложно, но JWST сделала это доступным. Эти находки расширяют наше понимание внутреннего состава Хирона и того, как этот материал приводит к уникальному поведению при наблюдении за Хироном".

Шамбо специализируется на изучении кентавров, комет и других космических объектов. Он проанализировал газообразный ком метана и определил, что обнаруженный выходящий газ соответствует тому, что он был получен с поверхности, которая подвергалась наибольшему нагреву от солнца.

Шамбо говорит, что Хирон, впервые обнаруженный в 1977 году, характеризуется гораздо лучше, чем большинство кентавров, и сравнительно уникален. Недавно проанализированная информация помогает ученым лучше понять теплофизический процесс, происходящий в Хироне, в результате которого образуется газообразный метан.

«Это необычный объект по сравнению с большинством других кентавров», - говорит Шамбо. "У него бывают периоды, когда он ведет себя как комета, вокруг него образуются кольца из материала и, возможно, вокруг него вращается поле обломков из мелкой пыли или каменистого материала. Поэтому возникает много вопросов о свойствах Chiron, которые обеспечивают такое уникальное поведение".

Химический состав Chiron 2060. Цветные полосы выделяют различные виды льда, такие как водяной лед, оксиды углерода и легкие углеводороды. Вставка: Детальное изображение коэффициента отражения 2060 Хирон, демонстрирующее флуоресценцию метана в сочетании с поглощением этанового и пропанового льда. Автор: Уильям Гонсалес Сьерра.

Исследователи пришли к выводу, что сосуществование молекул в различных состояниях добавляет еще один уровень интриги для изучения комет и кентавров. Исследование также выявило наличие побочных продуктов облучения - метана, монооксида углерода и двуокиси углерода двуокиси углерода, которые потребуют дальнейших исследований и могут помочь ученым в дальнейшем раскрытии уникальных процессов, определяющих состав поверхности Chiron.

«Хирон» родом из региона ТНО и путешествовал по нашей солнечной системе с момента своего создания, - говорит Пинилья-Алонсо. По ее словам, орбиты Хирона и многих других крупных непланетных объектов время от времени сближаются с одной из планет-гигантов, когда гравитационное притяжение планеты изменяет орбиту меньшего объекта, перемещая его по всей нашей Солнечной системе и подвергая воздействию множества различных сред.

"Мы знаем, что он был выброшен из популяции TNO и только сейчас проходит транзитом через область планет-гигантов, где он не задержится слишком долго", - говорит Пинилья-Алонсо. "Примерно через 1 миллион лет кентавры, подобные Хирону, обычно выбрасываются из области планет-гигантов, где они могут закончить свою жизнь в виде комет семейства Юпитера или вернуться в область TNOs".

Пинилья-Алонсо отмечает, что спектры JWST впервые показали наличие на Хироне множества льдов с различной летучестью и процессами их образования.

Некоторые из этих льдов, такие как метан, углекислый газ и водяной лед, могут быть изначальными компонентами Хирона, унаследованными от досолнечной туманности. Другие, такие как ацетилен, пропан, этан и оксид углерода, могли образоваться на поверхности в результате процессов восстановления и окисления, говорит она.

"Основываясь на наших новых данных JWST, я не уверен, что у нас есть стандартный кентавр", - говорит Пинилья-Алонсо. "Каждый активный кентавр, которого мы наблюдаем с помощью JWST, демонстрирует какие-то особенности. Но не все они могут быть выбросами. Должно быть что-то, что объясняет, почему все они ведут себя по-разному, или что-то общее между ними, чего мы пока не можем увидеть".

По ее словам, анализ газов и льдов Chiron открывает новые горизонты и возможности для увлекательных исследований.

«Мы собираемся продолжить работу с Chiron», - говорит Пинилья-Алонсо. "Он приблизится к нам, и если мы сможем изучить его на более близких расстояниях и получить более точные данные о количестве и природе льдов, силикатов и органики, мы сможем лучше понять, как сезонные колебания инсоляции и различные схемы освещения могут повлиять на его поведение и его ледяной резервуар".

Большая информация: Н. Пинилья-Алонсо и др., Раскрывающие ледяную и газовую природу активного кентавра (2060) Хирона с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, Астрономия и астрофизика (2024). ДОИ: 10.1051/0004-6361/202450124

Источник: University of Central Florida