Naukowcy odkryli nieoczekiwane odgazowanie tego obiektu galopującego przez zewnętrzny Układ Słoneczny.
Podobnie jak starożytne greckie stworzenie mitologiczne o tej samej nazwie, centaury w astronomii znajdują się w fazie dynamicznej pomiędzy: opuszczają swoje odległe i stabilne orbity poza Neptun i migruje do wewnętrznego Układu Słonecznego, wchodząc jednocześnie w aktywną fazę kometarną. Przechowywane przez miliardy lat w mroźnych granicach zewnętrznego Układu Słonecznego, zachowują kluczowe spostrzeżenia dotyczące narodzin naszego Układu Słonecznego, które ujawniają się w unikalny sposób, gdy powoli zaczynają się odmrażać na tym przejściowym etapie.
Używanie NASA’S Kosmiczny Teleskop Jamesa Webbazespół astronomów obserwował Centaur 29P/Schwassmann-Wachmann 1, jeden z najbardziej aktywnych i intrygujących obiektów w zewnętrznym Układzie Słonecznym. Wysoki stopień szczegółowości uchwyconej przez teleskop doprowadził do odkrycia nowych, nieznanych wcześniej dżetów gazu, co pomaga w tworzeniu teorii na temat powstawania centaurów i planet.
Kosmiczny Teleskop Webba ujawnia niezwykłe strumienie lotnego gazu z lodowego centaura 29P
Zainspirowana stworzeniami pół ludźmi, pół końmi, które są częścią mitologii starożytnej Grecji, astronomia ma swój własny rodzaj centaurów: odległe obiekty krążące wokół Słońca pomiędzy Jupiter i Neptun. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba wykonał mapę gazów wyrzucanych z jednego z tych obiektów, sugerując zróżnicowany skład i dostarczając nowych informacji na temat powstawania i ewolucji Układu Słonecznego.
Centaury są dawne obiekty transneptunowe które zostały przemieszczone wewnątrz orbity Neptuna w wyniku subtelnych wpływów grawitacyjnych planet w ciągu ostatnich kilku milionów lat i mogą ostatecznie stać się kometami krótkookresowymi. Są „hybrydowe” w tym sensie, że znajdują się na przejściowym etapie ewolucji orbitalnej: wiele z nich ma wspólne cechy z obydwoma obiektami transneptunowymi (od zimnego Pas Kuipera zbiornik) oraz komety krótkookresowe, które są obiektami silnie zmienianymi w wyniku powtarzających się bliskich przejść wokół Słońca.
Zrozumienie składu i aktywności centaurów
Ponieważ te małe lodowe ciała znajdują się w fazie przejściowej na orbicie, były przedmiotem różnych badań, w ramach których naukowcy starali się zrozumieć ich skład, przyczyny ich aktywności odgazowywania – utratę lodów znajdujących się pod powierzchnią – oraz to, w jaki sposób służą jako łącznik pomiędzy pierwotnymi ciałami lodowymi w zewnętrznym Układzie Słonecznym a wyewoluowanymi kometami.
Zespół naukowców wykorzystał niedawno instrument Webba NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) do uzyskania danych na temat Centaura 29P/Schwassmann-Wachmann 1 (w skrócie 29P), obiektu znanego z wysoce aktywnych i quasi-okresowych wybuchów. Zmienia się w intensywności co sześć do ośmiu tygodni, co czyni go jednym z najbardziej aktywnych obiektów w zewnętrznym Układzie Słonecznym. Odkryli nowy strumień tlenku węgla (CO) i niewidziane wcześniej strumienie dwutlenku węgla (CO2) gaz, co daje nowe wskazówki co do natury jądra centaura.
Odkrywcze obserwacje Webba
„Centaury można uznać za pozostałości po powstaniu naszego układu planetarnego. Ponieważ są przechowywane w bardzo niskich temperaturach, zachowują informacje o substancjach lotnych we wczesnych stadiach Układu Słonecznego” – powiedziała Sara Faggi z Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda NASA w Greenbelt w stanie Maryland i Uniwersytetu Amerykańskiego w Waszyngtonie, główna autorka książki badanie. „Webb naprawdę otworzył drzwi do rozdzielczości i czułości, które zrobiły na nas wrażenie — kiedy po raz pierwszy zobaczyliśmy dane, byliśmy podekscytowani. Nigdy nie widzieliśmy czegoś takiego.”
Odległe orbity centaurów i wynikająca z nich słabość utrudniały w przeszłości szczegółowe obserwacje. Dane z wcześniejszych obserwacji Centaura 29P na falach radiowych pokazały, że dżet jest skierowany zasadniczo w stronę Słońca (i Ziemi) złożony z CO. Webb wykrył ten skierowany twarzą w twarz dżet, a dzięki dużym zwierciadłom i możliwościom w podczerwieni, z czułością poszukiwał także wielu innych substancji chemicznych , w tym woda (H2O) i CO2. Ta ostatnia jest jedną z głównych form magazynowania węgla w całym Układzie Słonecznym. W atmosferze 29P nie wykryto wyraźnych oznak obecności pary wodnej, co można powiązać z ekstremalnie niskimi temperaturami panującymi w tym ciele.
To animacja przedstawiająca aktywność odgazowywania Centaura 29P/Schwassmann-Wachmann 1, oparta na danych zebranych przez instrument NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) należącego do NASA Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba. Centaur 29P to jeden z najbardziej aktywnych obiektów w zewnętrznym Układzie Słonecznym, podlegający quasi-okresowym wybuchom jasności. Film rozpoczyna się od powiększenia, aby lepiej przyjrzeć się artystycznej koncepcji Centaura 29P. Scena jest pokryta grafiką, która pomaga zdefiniować cztery różne strumienie gazu przed obróceniem centaura, dzięki czemu obiekt można zbadać pod różnymi kątami. Źródło: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI)
Wnioski z danych Webba
Unikalne obrazowanie i dane spektralne teleskopu ujawniły nigdy wcześniej nie widziane cechy: dwa strumienie CO2 emanujący w kierunku północnym i południowym oraz kolejny strumień CO skierowany w stronę północy. Było to pierwsze ostateczne wykrycie CO2 w Centaurze 29P.
Na podstawie danych zebranych przez Webba zespół stworzył model 3D dżetów, aby zrozumieć ich orientację i pochodzenie. Dzięki modelowaniu odkryli, że dżety były emitowane z różnych obszarów jądra centaura, mimo że Webb nie może rozróżnić samego jądra. Kąty strumieni sugerują możliwość, że jądro może być agregatem odrębnych obiektów o różnym składzie; nie można jednak jeszcze wykluczyć innych scenariuszy.
„Fakt, że Centaur 29P ma tak dramatyczne różnice w obfitości CO i CO2 powierzchni sugeruje, że 29P może składać się z kilku części” – powiedział Geronimo Villanueva, współautor badania w NASA Goddard. „Być może dwie części połączyły się i stworzyły centaura, który jest mieszaniną bardzo różnych ciał, które przeszły oddzielne ścieżki formowania. Podważa nasze wyobrażenia o tym, jak pierwotne obiekty są tworzone i przechowywane w Pasie Kuipera.”
Pytania bez odpowiedzi i przyszłe badania
Przyczyny wybuchów jasności Centaura 29P oraz mechanizmy stojące za jego aktywnością odgazowywania poprzez CO i CO2 odrzutowce to w dalszym ciągu dwa główne obszary zainteresowań wymagające dalszych badań.
W przypadku komet naukowcy wiedzą, że ich strumienie często napędzane są przez odgazowanie wody. Jednak ze względu na położenie centaurów są one zbyt zimne, aby lód wodny mógł sublimować, co oznacza, że charakter ich aktywności odgazowywania różni się od charakteru komet.
„Mieliśmy czas tylko raz przyjrzeć się temu obiektowi, niczym migawce w czasie” – powiedział Adam McKay, współautor badania na Appalachian State University w Boone w Północnej Karolinie. „Chciałbym wrócić i przyjrzeć się Centaurowi 29P przez znacznie dłuższy okres czasu. Czy dysze zawsze mają tę orientację? Czy może jest jakiś inny strumień tlenku węgla, który włącza się w innym momencie okresu rotacji? Analiza tych dżetów w czasie dałaby nam znacznie lepszy wgląd w przyczyny tych wybuchów.”
Zespół ma nadzieję, że w miarę pogłębiania wiedzy na temat Centaura 29P będzie mógł zastosować te same techniki w przypadku innych centaurów. Pogłębiając zbiorową wiedzę społeczności astronomicznej na temat centaurów, możemy jednocześnie lepiej zrozumieć powstawanie i ewolucję naszego Układu Słonecznego.
Odkrycia te zostały opublikowane w Natura.
Odniesienie: „Heterogeniczne regiony odgazowania zidentyfikowane na aktywnym centaurze 29P/Schwassmann – Wachmann 1” autorstwa Sary Faggi, Geronimo L. Villanueva, Adama McKaya, Olgi Harrington Pinto, Michaela SP Kelleya, Dominique Bockelée-Morvan, Marii Womack, Charlesa A. Schambeau, Lori Feaga, Michael A. DiSanti, James M. Bauer, Nicolas Biver, Kacper Wierzchos i Yanga R. Fernandez, 8 lipca 2024 r., Astronomia Przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41550-024-02319-3
Obserwacje wykonano w ramach programu General Observer 2416.
Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba jest najważniejszym na świecie obserwatorium nauk kosmicznych. Webb rozwiązuje tajemnice naszego Układu Słonecznego, spoglądając dalej, na odległe światy wokół innych gwiazd i badając tajemnicze struktury i pochodzenie naszego wszechświata oraz nasze w nim miejsce. Webb to międzynarodowy program prowadzony przez NASA wraz z partnerami, ESA (Europejska Agencja Kosmiczna) i CSA (Kanadyjska Agencja Kosmiczna).
