Ukryte obiekty Pasa Kuipera wykryte przez New Horizons i Subaru mogą zmienić zrozumienie pochodzenia Układu Słonecznego

Niedawne obserwacje z Teleskopu Subaru w połączeniu ze sondą New Horizons sugerują obecność nieodkrytych Pas Kuipera obiektów, prawdopodobnie rewolucjonizując nasze rozumienie powstawania Układu Słonecznego.

Teleskopy naziemne i kosmiczne odsłoniły potencjalne skupiska obiektów znajdujących się na dużych odległościach, oferując nowy wgląd w pierwotną mgławicę słoneczną i proces powstawania planet.

Odkrywanie nieznanego: nowe granice Pasa Kuipera

Obserwacje przeglądowe wykonane za pomocą ultraszerokokątnej kamery stałoogniskowej Teleskopu Subaru ujawniły, że w dalszej części Pasa Kuipera może znajdować się populacja małych ciał czekających na odkrycie. Wyniki, które są ważne dla zrozumienia powstawania Układu Słonecznego, uzyskano dzięki międzynarodowej współpracy pomiędzy Teleskopem Subaru a sondą kosmiczną New Horizons podróżującą przez zewnętrzne obszary Układu Słonecznego.

NASASonda New Horizons została wystrzelona w 2006 roku z krytyczną misją polegającą na obserwacji po raz pierwszy w historii ludzkości z bliska powierzchni zewnętrznych ciał Układu Słonecznego; pomyślnie przeleciał obok Pluton w 2015 r., a w 2019 r. przeleciał obok jednego z obiektów Pasa Kuipera (486958) Arrokoth. Do zewnętrznego Układu Słonecznego przeleciało pięć statków kosmicznych (w tym New Horizons), ale New Horizons to jedyny statek kosmiczny, który przeleciał przez Pas Kuipera podczas obserwacji obiektów Pasa Kuipera.^[1]

Obserwując obiekty Pasa Kuipera z ziemi, możemy je obserwować jedynie przy małych kątach fazowych Słońca (kąt między słońcem, obiektem i obserwatorem). Z drugiej strony, obserwując obiekt Pasa Kuipera ze statku kosmicznego w Pasie Kuipera, ten sam obiekt można obserwować pod różnymi kątami fazowymi, a jego charakterystyka odbicia może zostać wykorzystana do oszacowania właściwości powierzchni obiektu. To coś, co może zrobić tylko New Horizons.

Współpraca teleskopowa usprawnia misje kosmiczne

Kamera na statku kosmicznym ma jednak wąskie pole widzenia i nie jest w stanie samodzielnie wykryć obiektów Pasa Kuipera. W tym miejscu z pomocą przychodzi Teleskop Subaru. Teleskop Subaru wykorzystuje swoją kamerę szerokokątną do wyszukiwania wielu obiektów Pasa Kuipera, a następnie zawęża listę obiektów, obok których może przelatywać i obserwować sonda kosmiczna. Współpraca pomiędzy New Horizons a Teleskopem Subaru rozpoczęła się w 2004 roku.

W przypadku obserwacji przeprowadzonych w latach 2004–2005 kamerą o głównym ogniskowaniu Teleskopu Subaru (Suprime-Cam), ze względu na orbitalną relację między Plutonem a statkiem kosmicznym, obszar w pobliżu środka Droga Mleczna Galaktyka została złapana w tle obszaru poszukiwań obiektów Pasa Kuipera. Chociaż poszukiwanie obiektów Układu Słonecznego z wieloma gwiazdami tła było niezwykle trudne, zespołowi badawczemu udało się znaleźć 24 obiekty z Pasa Kuipera (więcej informacji można znaleźć w Odnośniku 1 Buie et al. 2024).

Poszukiwania odległych obiektów Pasa Kuipera trwają

Niestety, obiekty z Pasa Kuipera odkryte dotychczas podczas tych obserwacji wymagają zbyt dużo paliwa, aby statek kosmiczny mógł przelecieć obok nich, ale nowe obiekty znajdujące się na dużych odległościach mogą znaleźć się w zasięgu dostępnego paliwa New Horizons. W 2020 r. rozpoczęto głębsze obserwacje za pomocą kamery Hyper Suprime-Cam (HSC) na Teleskopie Subaru, a do 2023 r. odkryto 239 obiektów Pasa Kuipera (więcej informacji można znaleźć w Odnośniku 2 Fraser et al. 2024).

Zaskakujące odkrycia poza znanymi granicami

„Najbardziej ekscytującą częścią obserwacji HSC było odkrycie 11 obiektów w odległościach poza znanym Pasem Kuipera” – mówi członek zespołu dr Fumi Yoshida (Uniwersytet Nauk o Zdrowiu Pracy i Środowisku; Centrum Badań Planetarnych, Instytut Technologii Chiba). .

Wiele obiektów odkrytych za pomocą HSC znajduje się w odległościach 30–55 jednostek astronomicznych (au) od Słońca (1 au odpowiada odległości między Słońcem a Ziemią) i uważa się, że znajdują się w znanym Pasie Kuipera. Z drugiej strony zespół nie spodziewał się czegoś, co wyglądało na skupisko obiektów w regionie 70–90 au i dolinę pomiędzy 55 a 70 au (gdzie rozmieszczona jest tylko niewielka liczba obiektów) (ryc. 1). Takiej doliny nie odnotowano w innych obserwacjach.

Implikacje dla zrozumienia powstawania Układu Słonecznego

W okolicach 70-90 au może pojawić się nowa populacja obiektów Pasa Kuipera. „Jeśli to się potwierdzi, będzie to wielkie odkrycie. Pierwotna mgławica słoneczna była znacznie większa, niż wcześniej sądzono, co może mieć wpływ na badanie procesu powstawania planet w naszym Układzie Słonecznym” – mówi dr Yoshida.

Główny badacz misji New Horizons, dr Alan Stern, mówi: „To przełomowe odkrycie ujawniające coś nieoczekiwanego, nowego i ekscytującego w odległych zakątkach Układu Słonecznego; to odkrycie prawdopodobnie nie byłoby możliwe bez światowej klasy możliwości obserwatorium Subaru.”

Ciągła przygoda w zewnętrznym Układzie Słonecznym

Aby określić dokładne orbity obiektów odkrytych w ramach tego badania, zespół badawczy kontynuuje obserwacje za pomocą HSC. „Uważam, że odkrycie odległych obiektów i określenie ich rozkładu orbit jest ważnym krokiem w kierunku zrozumienia historii powstawania Układu Słonecznego, porównania jej z układami egzoplanetarnymi i zrozumienia powszechnego powstawania planet” – mówi dr Yoshida o znaczenie badania.

New Horizons podróżuje obecnie dalej, 60 jednostek astronomicznych od Słońca. Musi być znacznie więcej odległych obiektów, których jeszcze nie odkryliśmy. Zespół badawczy jest podekscytowany możliwością zobaczenia, co Teleskop Subaru i sonda New Horizons odkryją poza Pasem Kuipera.

Wyniki te zostaną opublikowane w dwóch artykułach naukowych w czasopiśmie Dziennik nauk planetarnych.

Więcej o tym odkryciu:

Notatki

1. Pas Kuipera to pierścieniowy obszar planetoid i innych ciał niebieskich (małych obiektów) położony poza Neptunokoło 30 do 55 au od Słońca. Małe obiekty rozmieszczone w Pasie Kuipera nazywane są „obiektami Pasa Kuipera”.

Referencje:

1. „Rozszerzony cel misji New Horizons: poszukiwania i odkrycia Arrokoth” – Marc W. Buie, John R. Spencer, Simon B. Porter, Susan D. Benecchi, Alex H. Parker, S. Alan Stern, Michael Belton, Richard P. Binzel, David Borncamp, Francesca DeMeo, S. Fabbro, Cesar Fuentes, Hisanori Furusawa, Tetsuharu Fuse, Pamela L. Gay, Stephen Gwyn, Matthew J. Holman, H. Karoji, JJ Kavelaars, Daisuke Kinoshita, Satoshi Miyazaki, Matt Mountain, Keith S. Noll, David J. Osip, Jean-Marc Petit, Neill I. Reid, Scott S. Sheppard, Mark Showalter, Andrew J. Steffl, Ray E. Sterner, Akito Tajitsu, David J. Tholen, David E. Trilling , Harold A. Weaver, Anne J. Verbiscer, Lawrence H. Wasserman, Takuji Yamashita, Toshifumi Yanagisawa, Fumi Yoshida i Amanda M. Zangari, Zaakceptowano, Dziennik nauk planetarnych.
   arXiv:2403.04927
2. „Kandydaci na odległe obiekty transneptunowe wykryte w badaniu New Horizons Subaru TNO Survey” autorstwa Wesleya C. Frasera, Simona B. Portera, Lowella Peltiera, JJ Kavelaarsa, Anne J. Verbiscer, Marca W. Buie, S. Alana Sterna, Johna R. Spencer, Susan D. Benecchi, Tsuyoshi Terai, Takashi Ito, Fumi Yoshida, David W. Gerdes, Kevin J. Napier, Hsing Wen Lin, Stephen DJ Gwyn, Hayden Smotherman, Sebastien Fabbro, Kelsi N. Singer, Amanda M. Alexander , Ko Arimatsu, Maria E. Banks, Veronica J. Bray, Mohamed Ramy El-Maarry, Chelsea L. Ferrell, Tetsuharu Fuse, Florian Glass, Timothy R. Holt, Peng Hong, Ryo Ishimaru, Perianne E. Johnson, Tod R. Lauer, Rodrigo Leiva, Patryk S. Lykawka, Raphael Marschall, Jorge I. Núñez, Marc Postman, Eric Quirico, Alyssa R. Rhoden, Anna M. Simpson, Paul Schenk, Michael F. Skrutskie, Andrew J. Steffl i Henry Throop, Przyjęty, Dziennik nauk planetarnych.
   arXiv:2407.21142