يلاحظ ويب ثلاثة كواكب قزمة في حزام كويبر

استخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائيلاحظ علماء الفلك ثلاثة كواكب قزمة حزام كويبرالكشف عن الهيدروكربونات الخفيفة والجزيئات المعقدة. تعمل هذه الاكتشافات على تعزيز فهمنا للأجسام الموجودة في الأطراف الخارجية للنظام الشمسي وتسلط الضوء على قدرات تلسكوب جيمس ويب الفضائي في استكشاف الفضاء.

ال حزام كويبرالمنطقة الشاسعة الواقعة على حافة نظامنا الشمسي المليئة بعدد لا يحصى من الأجسام الجليدية، هي كنز من الاكتشافات العلمية. الكشف والتوصيف كائنات حزام كويبر (KBOs)، يشار إليها أحيانًا الأجسام العابرة للنبتون (أجسام TNO) أدى إلى فهم جديد لتاريخ النظام الشمسي. يعد إزاحة أجسام حزام كويبر مؤشرًا لتيارات الجاذبية التي شكلت النظام الشمسي، ويكشف عن التاريخ المتغير للهجرات الكوكبية. منذ أواخر القرن العشرين، اهتم العلماء بإلقاء نظرة فاحصة على أجسام حزام كويپر ​​لمعرفة المزيد عن مداراتها وتكوينها.

ملاحظات من تلسكوب جيمس ويب الفضائي

إحدى المهام العديدة لتلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) هي دراسة الأجسام الموجودة في النظام الشمسي الخارجي. استخدام البيانات التي تم الحصول عليها من خلال شبكة الإنترنت بالقرب من طيف الأشعة تحت الحمراء (NIRSpec)، قام فريق دولي من علماء الفلك برصد ثلاثة كواكب قزمة في حزام كويبر: سيدنا وهونج كونج وغوار. كشفت هذه الملاحظات عن العديد من الحقائق المثيرة للاهتمام حول مداراتها وتكوينها، بما في ذلك الهيدروكربونات الخفيفة والجزيئات العضوية المعقدة التي يعتقد أنها نتيجة لإشعاع الميثان.

وقاد البحث جوشوا إيمري، أستاذ علم الفلك وعلوم الكواكب بجامعة شمال أريزونا. وكان الباحثون حاضرين معه أيضًا ناسامركز جودارد لرحلات الفضاء (GSFC) معهد الفيزياء الفلكية المكانية (جامعة باريس ساكلاي)، شركة Pinheadال وكالة فلوريدا للفضاء (جامعة سنترال فلوريدا)، مختبر لويلال معهد أبحاث الجنوب الغربي (سويري)، و معهد علوم التلسكوب الفضائي (STScI)، الجامعة الأمريكية. وجامعة كورنيل. ظهرت نسخة أولية من ورقتهم البحثية على الإنترنت وهي قيد المراجعة للنشر إيكاروس.

منذ آخر رحلة جوية لجسم حزام كويبر أروجوث، قامت مهمة نيو هورايزنز بدراسة الأجسام الموجودة في حزام كويبر وإجراء ملاحظات على النظام الشمسي والفيزياء الفلكية. حقوق الصورة: ناسا/JHUAPL/SwRI//رومان تكاتشينكو

تاريخ استكشاف حزام خيبر

على الرغم من كل التقدم في علم الفلك والمستكشفين الآليين، ما زلنا نعرف القليل جدًا عن منطقة ما وراء نبتون وحزام كويبر. المهمة الوحيدة حتى الآن هي الدراسة أورانوس, نبتونوأهم أقمارها الصناعية فوييجر 2 المهمة التي حلقت بالقرب من هذين العملاقين الجليديين في عامي 1986 و1989 على التوالي. أيضا، آفاق جديدة كانت المهمة أول مركبة فضائية يتم استكشافها بلوتو وأقمارها الصناعية (في يوليو 2015) واللقاء الآخر الوحيد مع جسم في حزام كويبر، والذي حدث في 1 يناير 2019 عندما عبر حزام حزام كويبر المعروف باسم أروجوث.

توقعات علماء الفلك من JWST

وهذا هو أحد الأسباب العديدة التي تجعل علماء الفلك يترقبون بفارغ الصبر إصدار تلسكوب جيمس ويب الفضائي. بالإضافة إلى دراسة الكواكب الخارجية والمجرات المبكرة في الكون، فإن قدراته القوية في التصوير بالأشعة تحت الحمراء تشير أيضًا إلى الفناء الخلفي لنا، وتكشف عن صور جديدة. يوم الثلاثاء, يوم الخميسولها أكبر الأقمار الصناعية. من أجل دراستهم، استند إيمري وزملاؤه إلى بيانات الأشعة تحت الحمراء التي حصل عليها ويب لثلاثة كواكب في حزام كويبر – سيدنا وهونج كونج وجوفار. يبلغ قطر هذه الأجسام حوالي 1000 كيلومتر (620 ميل). تسمية IAU للكواكب القزمة.

رؤى حول الكواكب القزمة

وكما قال إيمري لموقع Universe Today عبر البريد الإلكتروني، فإن هذه الأجسام ذات أهمية خاصة لعلماء الفلك بسبب حجمها ومداراتها وتركيباتها. تحتفظ الأجسام الأخرى بعد نبتون مثل بلوتو وإيريس وهوميا وماغماك جميعها بالجليد المتطاير (النيتروجين والميثان وما إلى ذلك) على أسطحها. الاستثناء هو هوميا، الذي فقد تقلبه في تأثير كبير (على ما يبدو). وكما قال إيمري، فقد أرادوا معرفة ما إذا كانت أسطح سيدنا وهونج كونج وغوافار تتمتع بتقلبات مماثلة:

“لقد أظهر العمل السابق أنهم قادرون على ذلك. على الرغم من أن جميعها تقريبًا بنفس الحجم، إلا أن مداراتها مختلفة. سيتنا عبارة عن جسم سحابة أورت داخلي يبلغ حضيضه الشمسي 76 وحدة فلكية وأوجه حوالي 1000 وحدة فلكية، أما هونج كونج فلها مدار أكثر إهليلجية، 33 AU والأوج ~ 100 AU، ويقع Quaoar في مدار دائري نسبيًا يبلغ 43 AU. تضع هذه المدارات الأجسام في أنظمة درجات حرارة مختلفة وبيئات إشعاعية مختلفة (سيدنا، على سبيل المثال، يقضي وقتًا أطول خارج الغلاف الشمسي للشمس). أردنا أن استكشاف كيفية تأثير تلك المدارات المختلفة على الأسطح. هناك كائنات جليدية ومعقدة أخرى مثيرة للاهتمام على السطح.”

صور من إحدى مراقبتي PRISM لـ Sedna وGonggong وQuoar. الائتمان: إيمري، جي بي وآخرون. (2023)

باستخدام بيانات من أداة Webb NIRSpec، لاحظ الفريق الأجسام الثلاثة في وضع المنشور منخفض الدقة عند أطوال موجية تتراوح من 0.7 إلى 5.2 ميكرومتر (ميكرومتر)، مما يضعهم جميعًا في طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة. تم إجراء ملاحظات إضافية للكوارتز من 0.97 إلى 3.16 مترًا باستخدام شبكة متوسطة الدقة بعشرة أضعاف الدقة الطيفية. كشفت الأطياف الناتجة عن بعض الأشياء المثيرة للاهتمام حول هذه الأجسام TNO والمركبات السطحية، كما قال إيمري:

“لقد وجدنا وفرة من الإيثان (C2H6) في الجثث الثلاثة، وأبرزها في سيدنا. يُظهر Cetna أيضًا الأسيتيلين (C2H2) والإيثيلين (C2H4). ترتبط الوفرة بالمدار (معظمها في سيدنا، وأقل في هونغ كونغ، وأقلها في كواري)، بما يتوافق مع درجة الحرارة النسبية والبيئات الإشعاعية. هذه الجزيئات عبارة عن منتجات إشعاع مباشر للميثان (CH4). ولو كان الإيثان (أو غيره) موجودًا على السطح لفترة طويلة، لكان قد تحول إلى جزيئات أكثر تعقيدًا عن طريق الإشعاع. ولأننا مازلنا نراها، نعتقد أنه يجب إعادة تزويد الأسطح بغاز الميثان (CH4) بشكل منتظم للغاية.

تم التوصل إلى هذه النتائج من قبل عالم الفلك في مرصد لويل والباحث المشارك في وكالة ناسا د. يتفق زوجان من الدراسات الحديثة بقيادة ويل جراندي مع هذا الرأي. آفاق جديدة المهمة، وكريس كلاين، عالم الكواكب والكيمياء الجيولوجية في SwRI. في كلتا الدراستين، قام جراندي وكلاين وزملاؤهما بقياس نسب الديوتيريوم/الهيدروجين (T/H) في الميثان في إيريس وماكماك وخلصوا إلى أن الميثان لم يكن المصدر الرئيسي. وبدلاً من ذلك، يجادلون بأن المعدلات تنتج عن معالجة غاز الميثان في داخلها وتسليمه إلى السطح.

وقال إيمري: “نقترح أن هذا ينطبق على سيدنا وهونج كونج وكوار”. “وجدنا أيضًا أن أطياف Sedna وGonggong وQuoar تختلف عن أطياف أجسام حزام كايبر الأصغر. عقد مؤتمران مؤخرًا محادثات أظهرت بيانات JWST من مجموعة حزام كايبر الأصغر مقسمة إلى ثلاث مجموعات، لا تشبه أي منها Sedna وGonggong وSedna”. “Quaoar. يتوافق هذا الاستنتاج مع أن أجسامنا الثلاثة الأكبر حجمًا لها تاريخ مختلف في مجال الطاقة الحرارية الأرضية. متفق عليه.”

مقارنة بين أكبر ثمانية أجسام TNO مع الأرض (جميعها متدرجة). الائتمان: ناسا / المعجم

الآثار المترتبة على النتائج

قد يكون لهذه النتائج آثار مهمة على دراسة أجسام حزام كويپر، وأجرام خلف نانو، وأجسام أخرى في النظام الشمسي الخارجي. يتضمن ذلك رؤى جديدة حول تكوين المواد في الأنظمة الكوكبية خارج خط التجمد، والذي يمثل الخط الذي تتصلب فيه المركبات المتطايرة. في نظامنا الشمسي، تتوافق منطقة ما بعد نبتون مع خط النيتروجين، حيث تحتفظ الأجسام ذات نقاط التجمد المنخفضة جدًا (مثل النيتروجين والميثان والأمونيا) بكميات كبيرة من المواد المتطايرة. وقال إيمري إن النتائج توضح أيضًا نوع العمليات التطورية التي تحدث في الهيئات في هذه المنطقة:

“النتيجة الرئيسية هي اكتشاف الدرجة التي أصبحت بها أجسام حزام كايبر حرارية من أجل إعادة المعالجة الداخلية، وربما حتى التمايز، للجليد المبكر. يمكننا استخدام هذه الأطياف لفهم المعالجة الإشعاعية للجليد السطحي في النظام الشمسي الخارجي بشكل أفضل. الدراسات المستقبلية سوف ننظر في الاستقرار المتقلب وإمكانات الأجواء لهذه الأجسام في أي جزء من مداراتها، ويمكن رؤيتها بمزيد من التفصيل.

وتظهر نتائج هذه الدراسة أيضًا قدرات تلسكوب جيمس ويب الفضائي، الذي أثبت جدارته عدة مرات منذ أن أصبح جاهزًا للعمل في أوائل العام الماضي. وهي تذكرنا بأن الويب يمكن أن يكشف أيضًا عن أشياء حول زاوية صغيرة من الكون، مما يتيح رؤى جديدة وتطورات للكواكب البعيدة والمجرات والبنية واسعة النطاق للكون.

وقال إيمري: “إن بيانات JWST رائعة”. “لقد مكنتنا من الحصول على أطياف بأطوال موجية أطول مما يمكننا الحصول عليه من الأرض، مما ساعدنا على اكتشاف هذه الجليد. في كثير من الأحيان، عند الرصد في نطاق طول موجي جديد، تكون البيانات الأولية ذات جودة رديئة للغاية. لم يفتح تلسكوب جيمس ويب الفضائي مجالًا واسعًا فحسب”. نطاق جديد من الأطوال الموجية، وكذلك النظام الشمسي الخارجي، كما قدم بيانات ممتازة عالية الجودة حساسة لتركيب المواد على الأسطح.

مقتبس من مقالة منشورة أصلا الكون اليوم.

المرجع: “قصة ثلاثة كواكب قزمة: الجليد والمواد العضوية في سيدنا، غونغونغ، وكوار من التحليل الطيفي لـ JWST” بقلم جي بي إيمري، آي. وونغ، آر. برونيتو، جي سي كوك، ن. بينيلا-ألونسو، جي أيه ستانسبيري، بي جي هولر ، WM Grundy، S. Protopapa، AC Souza-Feliciano، E. Fernández-Valenzuela، JI Lunine and DC Hines، 26 سبتمبر 2023، الفيزياء الفلكية > فيزياء الأرض والكواكب الفلكية.
أرخايف:2309.15230