Webbはカイパーベルトで3つの歪みを観察します。

このアーティストの視覚化には、「セドナ」と呼ばれる新しく発見された惑星などの物体が知られている太陽系の外側の端の位置が表示されます。 ソース: NASA/JPL-Caltech

使用して ジェームズウェブ宇宙望遠鏡天文学者たちは3つの歪みを観察しました。 カイパーベルト、軽い炭化水素と複雑な分子を発見します。 これらの発見は、外部太陽系の物体の私たちの理解を向上させ、宇宙探査におけるJWSTの能力を強調します。

それだけ カイパーベルト数多くの氷の物体でいっぱいの私たちの太陽系の端の広大な地域は、科学的発見の宝物倉庫です。 検出と特性評価 カイパーベルトオブジェクト （KBO）とも呼ばれます。 ネプチューン横断物体 （TNO）は太陽系の歴史の新しい理解につながった。 KBOの配置は、太陽系を形成し、惑星の移動の動的な歴史を明らかにする重力の流れの指標です。 20世紀後半から、科学者たちはKBOの軌道と構成についてさらに学ぶためにKBOを詳しく観察してきました。

ジェームズウェブ宇宙望遠鏡の観測

外部太陽系の天体を研究することは、ジェームズウェブ宇宙望遠鏡（JWST）の多くの目標の1つです。 Webbから取得したデータの使用 近赤外線分光計 （NIRSpec）、国際天文学者チームは、カイパーベルトで3つの歪みを観察しました。 セドナ、公共、クアオアール。 これらの観察により、軽い炭化水素とメタン照射の生成物であると考えられる複雑な有機分子を含む、それぞれの軌道と構成に関するいくつかの興味深い事実が明らかになった。

今回の研究はノーザンアリゾナ大学の天文学および惑星科学教授であるジョシュア・エメリー（Joshua Emery）が主導しました。 彼は次の研究者と参加しました。 NASAゴダード宇宙飛行センター（GSFC） 天体物理学研究所 (Université Paris-Saclay), ピンヘッド研究所、 フロリダ宇宙研究所 （セントラルフロリダ大学）、 ローウェル天文台、 サウスウエスト研究所 (SwRI), 宇宙望遠鏡科学研究所 （STScI）、アメリカン大学。 そしてコーネル大学。 論文の事前印刷版がオンラインで掲載され、出版のために検討中です。 イカルス。

カイパーベルトの物体であるアロコスの最後の飛行以来、ニューホライズンズミッションはカイパーベルトの物体を探査し、太陽圏と天体物理学の観測を行ってきました。 ソース: NASA/JHUAPL/SwRI//Roman Tkachenko

カイパーベルト探査の歴史

天文学とロボット探検家のすべての進歩にもかかわらず、私たちが海王星横断地域とカイパーベルトについて知っていることは依然として制限されています。 今まで勉強している唯一のミッションは 天王星、 ネプチューンそして彼らの主な衛星は ボイジャー2号 1986年と1989年にそれぞれこの氷の巨人を通過して飛行した任務です。 さらに、 ニューホライズンズ ミッションは研究した最初の宇宙船だった 冥王星 そしてその衛星（2015年7月）と2019年1月1日、アロコス（Arrokoth）として知られるKBOを通って飛んだカイパーベルトで物体に面した唯一の衛星です。

JWSTに対する天文学者の期待

これが天文学者がJWSTの発売を切望してきた多くの理由の1つです。 エイリアン惑星と宇宙初の銀河を研究することに加えて、強力な赤外線イメージング機能も私たちの裏庭に向けて新しいイメージを公開します。 火星、 木星そしてその 最大の衛星。 研究のために、Emeryと彼の同僚は、Kuiper Beltの3つの小惑星（Sedna、Gonggong、Quaoar）についてWebbから得られた近赤外線データを参照しました。 この本体の直径は約1,000km（620マイル）です。 歪小惑星のIAUの指定。

なぜ小惑星の洞察

Emeryが電子メールでUniverse Todayに言ったように、この天体はサイズ、軌道、構成のために天文学者にとって特に興味深いことがあります。 冥王星、エリス、ハウメア、マケマケなどの他の海王星横断天体はすべて表面に揮発性氷（窒素、メタンなど）を保有しています。 1つの例外は、（明らかに）大きな衝撃のために揮発性物質を失ったHaumeaです。 Emeryが言ったように、彼らはSedna、Gonggong、Quaoarの表面にも同様の揮発性物質があることを確認したかったのです。

「以前の研究では、彼らがそうすることができることを示しました。 すべてほぼ同じサイズですが、軌道は明確です。 セドナは近日点が76 AUで原点がほぼ1,000 AUの内部オルト雲物体であり、公共は近日点が33 AUで原点が〜100 AUの非常に楕円形軌道にあり、クアオアールは43 AU付近の比較的円形軌道にあります。 AU。 これらの軌道は天体を異なる温度システムと異なる照射環境に配置します（例えば、セドナのほとんどの時間を太陽の太陽圏外から過ごします）。 我々は、これらの様々な軌道が表面にどのような影響を与える可能性があるかを調査したいと思いました。 表面には他の興味深い氷と複雑な有機物もあります。

Sedna, Gonggong, Quaoarの2つのPRISM格子観測のうちの1つから得られた画像出典：Emery、JPら。 (2023)

WebbのNIRSpec機器のデータを使用して、チームは0.7〜5.2マイクロメートル（μm）の範囲の波長で低解像度プリズムモードで3つのボディをすべて観察し、すべて近赤外スペクトルに配置しました。 スペクトル分解能の10倍に相当する中間分解能格子を使用して、0.97から3.16μmまでのQuaoarのさらなる観察が行われました。 結果のスペクトルは、これらのTNOと表面構成に関するいくつかの興味深い事実を明らかにしたとEmeryは言った。

「私たちは3つの体すべてで豊富なエタン（C2H6）を発見しました。特にSednaで最も顕著です。 Sednaはまた、アセチレン（C2H2）とエチレン（C2H4）を示しています。 豊富さは、相対温度と照射環境と一致する軌道（ほとんどSedna、Gonggongでは少なく、Quaoarでは最も少ない）と相関があります。 この分子はメタン（CH4）の直接照射生成物です。 エタン（または他のもの）が長い間表面にあった場合は、調査によってはるかに複雑な分子に変換された可能性があります。 私たちはまだそれを見ることができるので、メタン（CH4）はかなり定期的に表面に再供給されなければならないと疑います。

これらの発見は、Lowell Observatoryの天文学者であり、NASAの共同研究者であるDr。 Will Grundyが主導した最近の2つの研究で示されたものと一致しています。 ニューホライズンズ ミッションとSwRIの惑星科学者であり、地球化学者であるChris Glein。 どちらの研究でも、Grundy、Glien、および同僚は、ErisとMakemakeでメタンの重水素/水素（D / H）比を測定し、メタンが原始ではないと結論付けました。 代わりに、彼らはその割合がメタンが内部で処理されて表面に移動した結果であると主張します。

Emeryは、「Sedna、Gonggong、Quaoarの場合も同様であると提案しています」と述べた。 「私たちはまた、Sedna、Gonggong、Quaoarのスペクトルが小規模なKBOのスペクトルと区別されることがわかります。 最近の2つの会議で、小規模なKBOクラスターのJWSTデータを3つのグループに分けた会話があり、どちらのグループもSedna、Gonggong、Quaoarのようには見えませんでした。 その結果は、異なる地熱の歴史を持つ3つのより大きな体と一致します。

8つの最大のTNOを地球と比較します（すべての規模に合わせて）。 ソース: NASA/Lexicon

調査結果の意味

これらの発見は、KBO、TNO、および外部太陽系の他のオブジェクトの研究に重要な意味を持つことができます。 これには、揮発性化合物が固体に凍結する線を指す惑星系のFrost Lineを超えて物体の形成に関する新しい洞察が含まれます。 私たちの太陽系では、海王星横断地域は窒素線に相当し、ここの体は凍結点が非常に低い揮発性物質（例えば窒素、メタン、アンモニア）を大量に保有しています。 Emeryは、これらの発見はまた、この地域の体にどのような進化過程が作用しているかを示していると述べました。

「主な意味は、KBOが生の氷の内部再処理、多分噴火をするのに十分な暖かいサイズを見つけることです。 また、これらのスペクトルを使用して、外部の太陽系表面氷の照射プロセスをよりよく理解できるようにする必要があります。 そして今後の研究では、不安定な安定性と軌道のあらゆる部分にわたってこの天体の大気の可能性についてさらに詳しく調べることができるでしょう。

今回の研究結果は、昨年初めの稼働以来、何度もその価値を立証したJWSTの能力も示している。 彼らはまた、遠い惑星、銀河、宇宙の大規模な構造に対する新しいビジョンと突破口を可能にすることに加えて、Webbが宇宙の小さな隅についての情報を明らかにすることができることを思い出させます。

「JWSTデータは素晴らしいです」とEmeryは付け加えました。 「これにより、地上から得られるものよりも長い波長のスペクトルを得ることができ、それによってこれらの氷を検出することができました。 多くの場合、新しい波長範囲で観察すると、初期データの品質が非常に低いことがあります。 JWSTは、新しい波長範囲を開いただけでなく、外側の太陽系表面の物質群に敏感な素晴らしい高品質データを提供しました。

もともと投稿された記事で修正されました 宇宙今日。

注：JP Emery、I. Wong、R. Brunetto、JC Cook、N. Pinilla-Alonso、JA Stansberry、BJ Hollerの「3つの歪み物語：JWST分光のSedna、Gonggong、Quaoarの氷と有機物」、WM Grundy、S. Protopapa、AC Souza-Feliciano、E. Fernández-Valenzuela、JI LunineおよびDC Hines、2023年9月26日、 天体物理学 > 地球と惑星 天体物理学。
arXiv:2309.15230