JWST Kuiper Kuşağını gözlemliyor: Sedna, Gonggong ve Quaoar

Güneş sistemimizin kenarında sayısız buzlu nesnenin yaşadığı geniş bölge olan Kuiper Kuşağı, bilimsel keşiflerin hazinesidir. Bazen Trans-Neptün Nesneleri (TNO’lar) olarak da adlandırılan Kuiper Kuşağı Nesnelerinin (KBO’lar) tespiti ve karakterizasyonu, güneş sisteminin tarihine ilişkin yeni bir anlayışa yol açmıştır.

KBO’ların konumu, güneş sistemini şekillendiren ve gezegensel göçlerin dinamik tarihini ortaya çıkaran yerçekimi akımlarının bir göstergesidir. 20. yüzyılın sonlarından beri bilim insanları, yörüngeleri ve bileşimleri hakkında daha fazla bilgi edinmek için KBO’lara daha yakından bakma konusunda istekliydiler.

Dış güneş sistemindeki cisimleri incelemek James Webb Uzay Teleskobu’nun (JWST) birçok hedefinden biridir. Webb’in Yakın Kızılötesi Spektrometresi (NIRSpec) tarafından elde edilen verileri kullanan uluslararası bir gökbilimci ekibi, Kuiper Kuşağı’nda üç cüce gezegeni gözlemledi: Sedna, Gonggong ve Quaoar. Bu gözlemler, hafif hidrokarbonlar ve metan ışınımının ürünü olduğuna inanılan karmaşık organik moleküller de dahil olmak üzere, ilgili yörüngeleri ve bileşimleri hakkında birçok ilginç şeyi ortaya çıkardı.

Araştırma, Kuzey Arizona Üniversitesi Astronomi ve Gezegen Bilimleri Doçenti Joshua Emery tarafından yönetildi. Kendisine NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi (GSFC), Institut d’Astrophysique Spatiale (Université Paris-Saclay), Pinhead Enstitüsü, Florida Uzay Enstitüsü (Central Florida Üniversitesi), Lowell Gözlemevi ve Güneybatı Araştırması’ndan araştırmacılar katıldı. Enstitü (SwRI), Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü (STScI), Amerikan Üniversitesi. ve Cornell Üniversitesi. Makalelerinin bir ön baskısı gazeteye gönderildi. arXiv sunucusu tarafından yayınlanmak üzere incelenmektedir. İkarus.

Astronomi ve robotik kaşiflerdeki tüm ilerlemelere rağmen Trans-Neptün Bölgesi ve Kuiper Kuşağı hakkında bildiklerimiz hala sınırlıdır. Bugüne kadar Uranüs, Neptün ve onların ana uydularını inceleyen tek görev, sırasıyla 1986 ve 1989 yıllarında bu buz devlerinin yanından geçen Voyager 2 misyonuydu. Üstelik Yeni Ufuklar misyonu, Plüton ve uydularını inceleyen ilk uzay aracıydı (Temmuz 2015’te) ve Kuiper Kuşağı’nda, 1 Ocak 2019’da KBO olarak bilinen KBO’nun yanından geçerken meydana gelen bir nesneyle karşılaşan tek uzay aracıydı. Arrokoth.

Bu, gökbilimcilerin JWST’nin fırlatılmasını heyecanla beklemelerinin birçok nedeninden biri. Dış gezegenleri ve evrendeki en eski galaksileri incelemenin yanı sıra, güçlü kızılötesi görüntüleme yetenekleri arka bahçemize de yönlendirilerek Mars, Jüpiter ve en büyük uydularının yeni görüntüleri ortaya çıkarıldı. Emery ve meslektaşları, çalışmaları için Webb tarafından Kuiper Kuşağı’ndaki üç gezegene (Sedna, Gonggong ve Quaoar) ait elde edilen yakın kızılötesi verilere başvurdu. Bu cisimlerin çapı yaklaşık 1.000 km’dir (620 mil), bu da onları IAU’nun Cüce Gezegenler tanımına sokar.

Emery’nin Universe Today’e e-posta yoluyla söylediği gibi, bu cisimler boyutları, yörüngeleri ve bileşimleri nedeniyle gökbilimciler için özellikle ilgi çekicidir. Plüton, Eris, Haumea ve Makemake gibi diğer Trans-Neptün cisimlerinin hepsinin yüzeylerinde uçucu buzlar (nitrojen, metan vb.) bulunmaktadır. Bunun tek istisnası, (görünüşe göre) büyük bir çarpışmada uçucu maddelerini kaybeden Haumea’dır. Emery’nin söylediği gibi Sedna, Gonggong ve Quaoar’ın da yüzeylerinde benzer uçucu maddeler olup olmadığını görmek istediler:

“Önceki çalışmalar bunu yapabileceklerini gösterdi. Hepsi kabaca benzer boyutlarda olmasına rağmen yörüngeleri farklı. Sedna, günberi 76 AU ve günötesi yaklaşık 1.000 AU olan bir iç Oort Bulutu nesnesidir, Gonggong oldukça eliptik bir yörüngededir. ayrıca günberi 33 AU ve günöte ~100 AU ile ve Quaoar 43 AU civarında nispeten dairesel bir yörüngededir. Bu yörüngeler cisimleri farklı sıcaklık rejimlerine ve farklı ışınlama ortamlarına yerleştirir (örneğin Sedna, zamanının çoğunu geçirir) Güneş’in heliosferinin dışında) Bu farklı yörüngelerin yüzeyleri nasıl etkileyebileceğini araştırmak istedik. Yüzeylerde başka ilginç buzlar ve karmaşık organik maddeler de var.”

Ekip, Webb’in NIRSpec cihazından elde edilen verileri kullanarak, üç cismin tamamını düşük çözünürlüklü prizma modunda, 0,7 ila 5,2 mikrometre (μm) aralığındaki dalga boylarında gözlemledi ve bunların hepsini yakın kızılötesi spektruma yerleştirdi. Spektral çözünürlüğün on katı orta çözünürlüklü ızgaralar kullanılarak Quaoar hakkında 0,97 ila 3,16 µm arasında ek gözlemler yapıldı. Emery, ortaya çıkan spektrumların bu TNO’lar ve yüzey bileşimleri hakkında bazı ilginç şeyleri ortaya çıkardığını söyledi:

“Bol miktarda etan bulduk (C₂H₆) her üç gövdede de, en belirgin olarak Sedna’da. Sedna ayrıca asetileni de gösterir (C₂H₂) ve etilen (C₂H₄). Bolluk, göreceli sıcaklıklar ve ışınlama ortamlarıyla tutarlı olan yörüngeyle ilişkilidir (en çok Sedna’da, daha az Gonggong’da, en az Quaoar’da). Bu moleküller metanın doğrudan ışınlama ürünleridir ( CH₄). Etan (veya diğerleri) yüzeylerde uzun süre kalsaydı, ışınlama yoluyla çok daha karmaşık moleküllere dönüşürlerdi. Onları hala gördüğümüz için metanın (CH₄) yüzeylere oldukça düzenli olarak yeniden beslenmelidir.”

Bu bulgular, Lowell Gözlemevi’nden gökbilimci ve NASA’nın Yeni Ufuklar misyonunda ortak araştırmacı olan Dr. Will Grundy ve SwRI’da gezegen bilimci ve jeokimyacı olan Chris Glein tarafından yürütülen bir çift yakın tarihli çalışmada sunulanlarla tutarlıdır. Her iki çalışmada da Grundy, Glien ve meslektaşları Eris ve Makemake’teki metandaki döteryum/hidrojen (D/H) oranlarını ölçtüler ve metanın ilkel olmadığı sonucuna vardılar. Bunun yerine oranların, metanın iç kısımlarında işlenip yüzeye çıkmasından kaynaklandığını ileri sürüyorlar.

Emery, “Aynı şeyin Sedna, Gonggong ve Quaoar için de geçerli olabileceğini düşünüyoruz” dedi. “Ayrıca Sedna, Gonggong ve Quaoar’ın spektrumlarının daha küçük KBO’ların spektrumlarından farklı olduğunu da görüyoruz. Daha küçük KBO’ların JWST verilerinin üç gruba ayrıldığını gösteren iki yeni konferansta konuşmalar yapıldı; bunların hiçbiri Sedna, Gonggong’a benzemiyor, ve Quaoar. Bu sonuç, üç büyük gövdemizin farklı bir jeotermal geçmişe sahip olmasıyla tutarlıdır.”

Bu bulguların KBO’ların, TNO’ların ve dış güneş sistemindeki diğer nesnelerin incelenmesi için önemli sonuçları olabilir. Bu, gezegen sistemlerinde, uçucu bileşiklerin donarak katılaşacağı çizgiyi ifade eden Don Çizgisi’nin ötesindeki nesnelerin oluşumuna ilişkin yeni bilgileri de içeriyor. Güneş sistemimizde Trans-Neptün bölgesi, gövdelerin çok düşük donma noktalarına sahip büyük miktarlarda uçucu maddeleri (yani nitrojen, metan ve amonyak) tutacağı nitrojen çizgisine karşılık gelir.

Emery, bu bulguların aynı zamanda bu bölgedeki vücutlar için ne tür evrimsel süreçlerin iş başında olduğunu da gösterdiğini söyledi. “Birincil çıkarım, KBO’ların ilkel buzların içeride yeniden işlenmesi, hatta belki de farklılaşması için yeterince ısındığı boyutu bulmak olabilir. Ayrıca, dış güneş sistemindeki yüzey buzlarının ışınlamayla işlenmesini daha iyi anlamak için bu spektrumları kullanabilmeliyiz. Gelecekteki çalışmalar aynı zamanda uçucu istikrarı ve bu cisimlerin yörüngelerinin herhangi bir yerindeki atmosferlerin olasılığını daha ayrıntılı olarak inceleyebilecek.”

Bu çalışmanın sonuçları aynı zamanda geçen yılın başlarında faaliyete geçmesinden bu yana değerini birçok kez kanıtlamış olan JWST’nin yeteneklerini de ortaya koyuyor. Ayrıca Webb’in uzak gezegenler, galaksiler ve evrenin büyük ölçekli yapısı hakkında yeni vizyonlar ve buluşlar sağlamanın yanı sıra, Webb’in kozmosun küçük köşesi hakkında da şeyler ortaya çıkarabileceğini hatırlatıyorlar.

Emery, “JWST verileri harika” diye ekledi. “Yerden alabileceğimizden daha uzun dalga boylarında spektrumlar elde etmemizi sağladılar, bu da bu buzların tespit edilmesini sağladı. Çoğu zaman, yeni bir dalga boyu aralığında gözlem yaparken, ilk veriler oldukça düşük kalitede olabiliyor. JWST yalnızca yeni bir Yeni dalga boyu aralığı ama aynı zamanda dış güneş sistemindeki yüzeylerdeki bir dizi malzemeye duyarlı olağanüstü derecede yüksek kaliteli veriler sağladı.”