Güneş sistemimizin dış kenarında, Güneş’ten 4 milyar mil gibi şaşırtıcı bir mesafede bulunan bir Kuiper Kuşağı nesnesinin (KBO) bir sanatçının izlenimi. Katkıda bulunanlar: NASA, ESA ve G. Bacon (STScI)
İlk kez, güneş sistemimizin en uzak noktalarında trans-Neptün nesnelerinde (TNO’lar) karbondioksit ve karbon monoksit buzları gözlemlendi.
Central Florida Üniversitesi Florida Uzay Enstitüsü’nden (FSI) gezegen bilimcileri Mário Nascimento De Prá ve Noemí Pinilla-Alonso liderliğindeki bir araştırma ekibi, bulguları analiz etmek için James Webb Uzay Teleskobu’nun (JWST) kızılötesi spektral yeteneklerini kullanarak elde etti. 59 trans-Neptün nesnesinin ve Centaur’ların kimyasal bileşimi.
Bu hafta yayınlanan öncü çalışma Doğa Astronomi, güneş sisteminin oluştuğu gaz ve tozdan oluşan geniş dönen disk olan proto-gezegen diskinin soğuk dış bölgelerinde karbondioksit buzunun bol miktarda bulunduğunu öne sürüyor. Çalışmadaki TNO’larda da yaygın olduğu için, karbon monoksit buzunun kökenlerini anlamak için daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır.
Araştırmacılar, JWST ile gözlemlenen 59 nesneden oluşan bir örnekten 56 TNO’da karbondioksit ve 28’inde (artı şüpheli veya marjinal tespitlere sahip altı tanesi) karbon monoksit tespit edildiğini bildirdi. Araştırmaya göre, trans-Neptün popülasyonunun yüzeylerinde dinamik sınıftan ve vücut boyutundan bağımsız olarak karbondioksit yaygınken, karbon monoksit yalnızca yüksek karbondioksit bolluğuna sahip nesnelerde tespit edildi.
Çalışma, güneş sistemimizi analiz etmeye odaklanan JWST programlarından biri olan UCF liderliğindeki Trans-Neptün Nesnelerinin Yüzey Kompozisyonlarını Keşfetme programının (DiSCo-TNO’lar) bir parçasıdır.
Çalışmanın yazarlarından de Prá, “Geniş bir TNO koleksiyonu için spektrumun bu bölgesini ilk kez gözlemledik, dolayısıyla gördüğümüz her şey bir bakıma heyecan verici ve benzersizdi” diyor. “Karbon dioksitin TNO bölgesinde bu kadar yaygın olduğunu ve hatta karbon monoksitin bu kadar çok TNO’da mevcut olduğunu bulmayı beklemiyorduk.”
DiSCo Büyük Programının bir parçası olarak JWST ile elde edilen, karbon uçucu buzları bakımından zengin bir trans-Neptün nesnesinin yüzeyinin spektrumu. Karbondioksitin emilimi (CO2), onun izotopologu (13CO2) ve karbon monoksit sarı renkle vurgulanmıştır. Güneş’in ışığı (görüntünün merkezine yakın), trans-Neptün nesnelerinin bulunduğu milyarlarca kilometre ötede soluklaşıyor. Grafik oluşturma kredisi: William Gonzalez Sierra, Florida Uzay Enstitüsü
Buzların keşfinin, güneş sistemimizin oluşumunu ve gök cisimlerinin nasıl göç etmiş olabileceğini anlamamıza daha fazla yardımcı olabileceğini söylüyor.
De Prá, “Neptünötesi Nesneler gezegensel oluşum sürecinin kalıntılarıdır” diyor. “Bu bulgular, bu cisimlerin nerede oluştuğu, günümüzde yaşadıkları bölgeye nasıl ulaştığı ve oluşumlarından bu yana yüzeylerinin nasıl evrimleştiği konusunda önemli kısıtlamalar getirebilir. Güneş’e daha uzak mesafelerde oluştukları ve gezegenlerden daha küçük oldukları için, protoplanetary diskin orijinal bileşimi hakkında bozulmamış bilgiler.”
Antik Buzun Kronikleştirilmesi
Yeni Ufuklar sondası tarafından Plüton’da karbon monoksit buzu gözlemlendi, ancak JWST, en büyük TNO popülasyonu üzerindeki karbon monoksit buzu veya karbon dioksit buzunun izlerini saptayacak ve tespit edecek kadar güçlü bir gözlemevi orada olana kadar değildi.
Karbondioksit güneş sistemimizdeki birçok nesnede yaygın olarak bulunur. Bu nedenle DiSCo ekibi, Neptün’ün ötesinde daha büyük miktarlarda bulunup bulunmadığını merak ediyordu.
TNO’larda karbondioksit buzunun daha önce tespit edilmemesinin olası nedenleri arasında daha düşük bolluk, uçucu olmayan karbondioksitin zamanla diğer daha az uçucu buz ve refrakter malzeme katmanlarının altına gömülmesi, ışınlama yoluyla diğer moleküllere dönüşmesi ve basit gözlemsel sınırlamalar yer alır. araştırmaya göre.
De Prá, TNO’larda karbondioksit ve karbon monoksitin keşfinin bazı bağlamlar sağladığını ve aynı zamanda birçok soruyu gündeme getirdiğini söylüyor.
“Karbondioksit muhtemelen proto-gezegen diskinden birikmiş olsa da, karbon monoksitin kökeni daha belirsizdir” diyor. “İkincisi, TNO’ların soğuk yüzeylerinde bile uçucu bir buzdur. Karbon monoksitin ilkel olarak biriktiğini ve bir şekilde günümüze kadar muhafaza edildiğini göz ardı edemeyiz. Ancak veriler, bunun ışınlama yoluyla üretilebileceğini gösteriyor. karbon içeren buzlardan.”
Cevap Çığları
Çalışmanın ortak yazarı ve DiSCo-TNOs programına liderlik eden Pinilla-Alonso, TNO’larda karbondioksit ve karbon monoksitin varlığının doğrulanmasının, daha fazla araştırma yapmak ve bunların nasıl veya neden mevcut olduğunu ölçmek için birçok fırsat açtığını söylüyor.
“Neptün ötesi nesnelerde karbondioksitin keşfi heyecan vericiydi, ancak özellikleri daha da etkileyiciydi” diyor. “Karbon dioksitin spektral izi, örneğimizde iki farklı yüzey bileşimini ortaya çıkardı. Bazı TNO’larda karbondioksit, metanol, su buzu ve silikatlar gibi diğer malzemelerle karışır. Ancak başka bir grupta, karbondioksit ve karbon monoksitin ana olduğu yer yüzey bileşenleri — spektral imza çarpıcı derecede benzersizdi. Bu belirgin karbondioksit izi, diğer güneş sistemi gövdelerinde gözlemlenen ve hatta laboratuvar ortamlarında kopyalanan hiçbir şeye benzemiyor.”
Pinilla-Alonso, karbondioksit bol olduğunda diğer malzemelerden izole edilmiş gibi göründüğünü ancak bunun tek başına bant şeklini açıklamadığını söylüyor. Bu karbondioksit bantlarını anlamanın başka bir gizem olduğunu ve muhtemelen benzersiz optik özelliklerine ve ışığın belirli renklerini nasıl yansıttıklarına veya emdiklerine bağlı olduğunu söylüyor.
Pinilla-Alonso, kuyruklu yıldızlarda gaz halinde karbon dioksitin bulunması nedeniyle TNO’larda da karbon dioksitin mevcut olabileceği yönünde yaygın bir teorinin öne sürüldüğünü söylüyor.
“Kuyruklu yıldızlarda karbondioksitin, yüzeyin üzerinde veya hemen altında buzların süblimleşmesi sonucu salınan bir gaz olduğunu gözlemliyoruz” diyor. “Ancak TNO’ların yüzeyinde karbondioksit hiç gözlemlenmediğinden, yaygın inanış onun yüzeyin altında hapsolduğu yönündeydi. Son bulgularımız bu düşünceyi altüst ediyor. Artık karbondioksitin yalnızca TNO’ların yüzeyinde bulunmadığını biliyoruz. ama aynı zamanda daha önce en bol yüzey malzemesi olduğunu düşündüğümüz su buzundan da daha yaygın. Bu keşif, TNO’ların bileşimi hakkındaki anlayışımızı önemli ölçüde değiştiriyor ve yüzeylerini etkileyen süreçlerin sandığımızdan daha karmaşık olduğunu gösteriyor.”
Verilerin çözülmesi
Çalışmanın ortak yazarları Paris-Saclay Üniversitesi’nin Institut d’Astrophysique Spatiale’sinde ve Fransız Ulusal Bilimsel Araştırma Merkezi’nde doktora öğrencisi olan Elsa Hénault ve Hénault’un danışmanı Rosario Brunetto, JWST gözlemlerinin yorumlanmasına laboratuvar ve kimyasal bir bakış açısı getirdi.
Hénault, tüm nesnelerdeki karbondioksit ve karbon monoksitin emilim bantlarını analiz etti ve karşılaştırdı. Hénault, buzun bol miktarda kanıtı olmasına rağmen, bolluk ve dağılım açısından büyük bir çeşitliliğin bulunduğunu söylüyor.
“CO’yu bulduğumuzda2 TNO’lar arasında her yerde bulunmasına rağmen kesinlikle eşit bir şekilde dağılmıyor” diyor. “Bazı nesneler karbondioksit açısından fakirken, diğerleri karbondioksit açısından çok zengindir ve karbon monoksit gösterir. Bazı nesneler saf karbondioksit sergilerken diğerleri onu diğer bileşiklerle karıştırmıştır. Karbondioksitin özelliklerini yörüngesel ve fiziksel parametrelerle ilişkilendirmek, karbondioksit değişimlerinin muhtemelen nesnelerin farklı oluşum bölgelerini ve erken evrimini temsil ettiği sonucuna varmamızı sağladı.”
Hénault, analizler sonucunda proto-gezegen diskinde karbondioksitin bulunmasının çok muhtemel olduğunu, ancak karbon monoksitin ilkel olmasının pek olası olmadığını söylüyor.
“Karbon monoksit, güneşimizden veya diğer kaynaklardan gelen sürekli iyon bombardımanı ile verimli bir şekilde oluşturulabilir” diyor. “Şu anda gözlemleri TNO yüzeylerinin donma ve iyonlaşma koşullarını yeniden üretebilen iyon ışınlama deneyleriyle karşılaştırarak bu hipotezi araştırıyoruz.”
Araştırma, yaklaşık 30 yıl önce TNO’ların keşfine kadar uzanan uzun süredir devam eden sorulara bazı kesin yanıtlar getirdi, ancak Hénault, araştırmacıların hâlâ kat etmesi gereken uzun bir yol olduğunu söylüyor.
“Şimdi başka sorular da gündeme geliyor” diyor. “Karbon monoksitin kökeni ve evrimi dikkate alındığında özellikle dikkate değer. Spektral aralığın tamamındaki gözlemler o kadar zengin ki bilim adamlarını gelecek yıllarda kesinlikle meşgul edecek.”
DiSCo programı gözlemleri bir sonuca yaklaşmış olsa da, sonuçların analizi ve tartışılmasında hâlâ gidilecek uzun bir yol var. De Prá, çalışmadan elde edilen temel bilgilerin gelecekteki gezegen bilimi ve astronomi araştırmaları için önemli bir katkı olacağını kanıtlayacağını söylüyor.
“Bu nesnelerin neden yapıldığına ve nasıl ortaya çıktıklarına dair sadece yüzeysel bir çalışma yaptık” diyor. “Artık bu buzlar ile yüzeylerinde bulunan diğer bileşikler arasındaki ilişkiyi anlamamız ve güneş sisteminin tarihi boyunca bunların oluşum senaryosu, dinamik evrimi, uçucu tutma ve ışınlama mekanizmaları arasındaki etkileşimi anlamamız gerekiyor.”
Daha fazla bilgi:
Mário N. De Prá ve diğerleri, JWST/DiSCo-TNO’lar tarafından ortaya çıkarılan trans-Neptün popülasyonunda yaygın CO2 ve CO buzları, Doğa Astronomi (2024). DOI: 10.1038/s41550-024-02276-x
Alıntı: Bilim insanları güneş sisteminin eteklerinde CO₂ ve CO buzları keşfetti (2024, 25 Mayıs) 25 Mayıs 2024 tarihinde https://phys.org/news/2024-05-scientists-ices-outskirts-solar.html adresinden alındı
Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amacıyla yapılan her türlü adil işlem dışında, yazılı izin alınmadan hiçbir kısmı çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgilendirme amaçlı sağlanmıştır.