Астрономы обнаружили крайне необычный объект в поясе Койпера — далеком регионе за орбитой Нептуна, где находятся тысячи ледяных тел, оставшихся со времен формирования Солнечной системы. Речь идет о транснептуновом объекте (612533) 2002 XV93, который оказался значительно меньше Плутона, но при этом, по данным наблюдений, обладает собственной атмосферой. Для ученых это стало настоящей неожиданностью.
Согласно современным моделям, столь маленькие и холодные объекты не должны быть способны удерживать атмосферу. Их гравитация слишком слаба, а летучие вещества должны либо замерзать на поверхности, либо улетучиваться в космос. Однако новые наблюдения показывают, что реальность может быть гораздо сложнее.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Astronomy группой японских ученых под руководством Ко Аримацу из Национальной астрономической обсерватории Японии.
Что такое 2002 XV93
Объект 2002 XV93 относится к так называемым плутино — группе транснептуновых объектов, находящихся в орбитальном резонансе с Нептуном, аналогично Плутону. Он движется по вытянутой орбите в поясе Койпера и никогда не приближается к Солнцу ближе примерно чем на 5 миллиардов километров.
Размер объекта составляет около 500 километров в диаметре. Для сравнения:
- диаметр Плутона — около 2377 километров;
- Эрида — около 2326 километров;
- Макемаке — примерно 1430 километров.
Таким образом, 2002 XV93 примерно в четыре-пять раз меньше Плутона по диаметру.
Именно поэтому открытие атмосферы оказалось настолько неожиданным.
Как астрономы обнаружили атмосферу
Ключевым методом исследования стало наблюдение покрытия звезды — так называемой stellar occultation. 10 января 2024 года объект прошел перед далекой звездой, временно перекрыв ее свет.
Если тело не имеет атмосферы, свет звезды должен исчезнуть резко. Но в случае с 2002 XV93 астрономы увидели постепенное затемнение и такое же постепенное восстановление яркости. Это означает, что свет проходил через тонкий слой газа вокруг объекта.
Подобный эффект уже давно используется для изучения атмосфер Плутона, Титана и других тел Солнечной системы.
Наблюдения проводились сразу несколькими телескопами в Японии, что позволило повысить точность измерений. В проекте участвовал даже астроном-любитель Цутому Хаямидзу, ставший одним из соавторов научной работы.
Насколько тонкая эта атмосфера
Исследователи подчеркивают, что речь идет о крайне разреженной атмосфере. Ее давление оценивается примерно в 100–200 нанобар.
Для сравнения:
- атмосферное давление Земли — около 1 миллиона микробар;
- атмосфера Плутона — примерно в 50–100 раз плотнее атмосферы 2002 XV93.
Фактически атмосфера объекта в миллионы раз тоньше земной.
Тем не менее даже столь слабая атмосфера уже считается серьезной проблемой для существующих моделей удержания газов на малых ледяных телах.
Почему открытие стало проблемой для теории
Согласно нынешним представлениям, только достаточно массивные объекты способны удерживать атмосферу на протяжении длительного времени. Для этого необходимы:
- достаточная гравитация;
- наличие летучих веществ;
- температура, позволяющая части газов существовать в атмосфере.
Плутон соответствует этим условиям. Его атмосфера состоит главным образом из азота с примесями метана и угарного газа.
Но 2002 XV93 слишком мал. По расчетам ученых, такой объект должен терять атмосферу максимум за несколько сотен или тысяч лет — ничтожный срок по астрономическим меркам.
Это означает, что атмосфера должна либо:
- постоянно пополняться;
- возникнуть совсем недавно;
- или существовать благодаря неизвестному механизму.
Возможная причина — ледяные вулканы
Одной из главных гипотез ученые считают криовулканизм — своеобразный «ледяной вулканизм». Вместо расплавленной лавы такие вулканы выбрасывают воду, азот, метан и другие замороженные вещества.
Подобные процессы уже предполагаются на:
- Энцеладе;
- Европе;
- Тритоне;
- Плутоне.
Если внутри 2002 XV93 сохраняется источник тепла, подповерхностные летучие вещества могут периодически выходить наружу и поддерживать атмосферу.
Однако здесь возникает новая проблема: столь маленький объект должен был остыть миллиарды лет назад. Откуда берется энергия для активности — пока неизвестно.
Вторая гипотеза — недавнее столкновение
Альтернативное объяснение связано с ударом другого объекта. Ученые допускают, что сравнительно недавно в 2002 XV93 врезалось небольшое ледяное тело.
В результате столкновения:
- часть льдов могла испариться;
- газ оказался выброшен в окружающее пространство;
- временная атмосфера начала формироваться вокруг объекта.
Но такой сценарий означает, что атмосфера является кратковременным явлением и постепенно исчезнет.
Если будущие наблюдения покажут ослабление атмосферы, это станет сильным аргументом в пользу версии столкновения.
James Webb не нашел замерзших газов
После открытия ученые провели дополнительные наблюдения с использованием космического телескопа James Webb Space Telescope.
Неожиданно JWST не обнаружил на поверхности объекта значительных запасов замерзшего азота, метана или угарного газа — веществ, которые обычно формируют атмосферы подобных тел.
Это сделало загадку еще сложнее.
Если на поверхности почти нет летучих веществ, то источник газа должен находиться глубже под ледяной корой.
Почему Плутон способен удерживать атмосферу
Открытие 2002 XV93 особенно интересно на фоне исследований Плутона.
После пролета станции New Horizons в 2015 году стало ясно, что атмосфера Плутона намного сложнее, чем считалось раньше.
Ученые обнаружили:
- многослойные дымки;
- метан;
- азот;
- углеводороды;
- сложные фотохимические процессы;
- признаки сезонных изменений атмосферы.
Плутон достаточно массивен, чтобы удерживать часть этих газов. Но 2002 XV93 гораздо меньше.
Именно поэтому новое открытие может потребовать пересмотра моделей эволюции объектов пояса Койпера.
Возможно, атмосферы у малых миров встречаются чаще
Если наличие атмосферы у 2002 XV93 подтвердится окончательно, это может означать, что ученые недооценивали активность небольших ледяных тел.
Авторы исследования прямо заявляют, что традиционное представление о формировании атмосфер только у крупных планет может оказаться неполным.
Это особенно важно для изучения:
- ранней Солнечной системы;
- происхождения летучих веществ;
- внутреннего строения транснептуновых объектов;
- процессов криовулканизма;
- эволюции ледяных миров.
Пояс Койпера остается одной из самых загадочных областей Солнечной системы
Пояс Койпера представляет собой огромный регион за орбитой Нептуна, заполненный ледяными объектами, оставшимися после формирования планет около 4,5 миллиарда лет назад.
Именно там находятся:
- Плутон;
- Макемаке;
- Хаумеа;
- Эрида;
- тысячи более мелких тел.
Эти объекты считаются своеобразными «капсулами времени», сохранившими вещество ранней Солнечной системы практически без изменений.
Каждое новое открытие в этом регионе меняет представления ученых о том, насколько сложными могут быть даже маленькие ледяные миры.
Астрономы требуют независимого подтверждения
Несмотря на высокое качество наблюдений, ученые подчеркивают, что открытие нуждается в дополнительной проверке.
Руководитель миссии New Horizons Алан Стерн назвал результаты «поразительными», но отметил необходимость независимых подтверждений.
Будущие наблюдения должны ответить на несколько ключевых вопросов:
- действительно ли атмосфера стабильна;
- из каких газов она состоит;
- насколько долго она существует;
- связан ли ее источник с внутренней активностью объекта.
Если данные подтвердятся, 2002 XV93 может стать первым известным объектом меньше 1000 километров с устойчивой атмосферой.
А это уже означает, что дальние окраины Солнечной системы могут быть значительно активнее и сложнее, чем считалось еще несколько лет назад.
Источники:
Статья создана по материалам UniverseToday.com
