Güneş sistemimizin dış kenarında, Güneş’ten 4 milyar mil gibi şaşırtıcı bir uzaklıkta bulunan bir Kuiper Kuşağı nesnesinin (KBO) bir sanatçının tasviri. Kaynak: NASA, ESA ve G. Bacon (STScI)
UCF liderliğindeki bir araştırma ekibi, Neptün ötesi cisimlerde önemli miktarda eski karbondioksit ve karbonmonoksit buzunun varlığını keşfetti. Bu, karbondioksitin Güneş Sistemimizin oluşumu sırasında mevcut olabileceğini gösteriyor.
İlk kez, Neptün ötesi cisimlerde karbondioksit ve karbonmonoksit buzları tespit edildi (TNO’lar) Güneş sistemimizin en dış bölgelerinde.
Florida Üniversitesi, Florida Uzay Enstitüsü’nden (FSI) gezegen bilimcileri Mário Nascimento De Prá ve Noemí Pinilla-Alonso liderliğindeki bir araştırma ekibi, bulguları, gezegenin kızılötesi spektral yeteneklerini kullanarak elde etti. James Webb Uzay Teleskobu (JWST) 59 Neptün ötesi cismin ve Sentor’un kimyasal bileşimini analiz edecek.
Yayınlanan öncü çalışma, Doğa Astronomi, karbondioksit buzunun soğuk dış bölgelerde bol miktarda bulunduğunu öne sürüyor protoplaneter diskgüneş sisteminin oluştuğu geniş dönen gaz ve toz diski. 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 örneklemde 56 TNO’da karbondioksit ve 28’inde (artı şüpheli veya marjinal tespitler olan altısı) karbon monoksit tespit ettiklerini bildirdiler. Çalışmaya göre, karbondioksit, dinamik sınıf ve gövde boyutundan bağımsız olarak trans-Neptün popülasyonunun yüzeylerinde yaygındı; karbon monoksit ise yalnızca yüksek karbondioksit bolluğuna sahip nesnelerde tespit edildi.
JWST ile DiSCo Büyük Programı’nın bir parçası olarak elde edilen, karbon uçucu buzları bakımından zengin bir trans-Neptün nesnesinin yüzeyinin spektrumu. Karbondioksit (CO2), izotopologu (13CO2) ve karbon monoksitin emilimleri sarı renkle vurgulanmıştır. Güneş’in ışığı (görüntünün merkezine yakın) trans-Neptün nesnelerinin bulunduğu milyarlarca mil uzakta sönüktür. Kaynak: William Gonzalez Sierra, Florida Uzay Enstitüsü
Çalışma, Güneş Sistemimizi analiz etmeye odaklanan JWST programlarından biri olan UCF liderliğindeki Trans-Neptün Nesnelerinin Yüzey Kompozisyonlarının Keşfi (DiSCo-TNO’lar) programının bir parçasıdır.
Çalışmanın ortak yazarı olan de Prá, “Bu spektrum bölgesini büyük bir TNO koleksiyonu için ilk kez gözlemledik, bu nedenle bir anlamda gördüğümüz her şey heyecan verici ve benzersizdi,” diyor. “Karbondioksitin TNO bölgesinde bu kadar yaygın olduğunu ve hatta karbon monoksitin bu kadar çok TNO’da mevcut olduğunu beklemiyorduk.”
Buzların keşfinin, Güneş Sistemimizin oluşumunu ve gök cisimlerinin nasıl göç etmiş olabileceğini daha iyi anlamamıza yardımcı olabileceğini söylüyor.
“Trans-Neptün Nesneleri gezegen oluşum sürecinin kalıntılarıdır,” diyor de Prá. “Bu bulgular, bu nesnelerin nerede oluştuğu, günümüzde yaşadıkları bölgeye nasıl ulaştığı ve yüzeylerinin oluşumlarından bu yana 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 içerirler.”
Antik Buzun Tarihçesi
Karbon monoksit buzu gözlemlendi Plüton New Horizons sondası tarafından keşfedildi, ancak JWST’ye kadar en büyük TNO popülasyonunda karbon monoksit buzu veya karbondioksit buzu izlerini tespit edip saptayabilecek kadar güçlü bir gözlemevi yoktu.
Karbondioksit, güneş sistemimizdeki birçok nesnede yaygın olarak bulunur. Bu nedenle, DiSCo ekibi, bunun, gezegenimizin erişemeyeceği daha büyük miktarlarda bulunup bulunmadığını merak ediyordu. Neptün.
Çalışmaya göre, daha önce TNO’larda karbondioksit buzunun tespit edilememesinin olası nedenleri arasında, daha düşük bolluk, uçucu olmayan karbondioksitin zamanla diğer daha az uçucu buzların ve refrakter malzemenin katmanları altında gömülmesi, ışınlama yoluyla başka moleküllere dönüşmesi ve basit gözlemsel sınırlamalar yer alıyor.
De Prá, TNO’larda karbondioksit ve karbon monoksit gazının keşfinin bazı bağlamlar sağladığını ancak aynı zamanda birçok soruyu da gündeme getirdiğini söylüyor.
“Karbondioksit muhtemelen protoplaneter diskten birikmiş olsa da, karbon monoksitin kökeni daha belirsizdir,” diyor. “İkincisi, TNO’ların soğuk yüzeylerinde bile uçucu bir buzdur. Karbon monoksitin başlangıçta birikmiş olduğunu ve bir şekilde günümüze kadar korunduğunu göz ardı edemeyiz. Ancak veriler, karbon taşıyan buzların ışınlanmasıyla üretilmiş olabileceğini gösteriyor.”
Cevapların Çığı
Çalışmanın ortak yazarı ve DiSCo-TNOs programını yöneten Pinilla-Alonso, TNO’larda karbondioksit ve karbon monoksit varlığının doğrulanmasının, bunların nasıl veya neden mevcut olduğunu daha fazla incelemek ve ölçmek için birçok fırsat sunduğunu söylüyor.
“Neptün ötesi nesnelerde karbondioksitin keşfi heyecan vericiydi, ancak daha da büyüleyici olan özellikleriydi,” diyor. “Karbondioksitin spektral izi, örneğimizde iki farklı yüzey bileşimini ortaya çıkardı. Bazı TNO’larda karbondioksit, metanol, su buzu ve silikatlar gibi diğer malzemelerle karışır. Ancak, karbondioksit ve karbon monoksitin ana yüzey bileşenleri olduğu başka bir grupta, spektral imza çarpıcı biçimde benzersizdi. Bu belirgin karbondioksit izi, diğer güneş sistemi gövdelerinde gözlemlenen veya laboratuvar ortamlarında bile kopyalanan hiçbir şeye benzemiyor.”
Pinilla-Alonso, karbondioksit bol olduğunda diğer maddelerden izole göründüğünün artık açıkça görüldüğünü, ancak bunun tek başına bant şeklini açıklamadığını söylüyor. Bu karbondioksit bantlarını anlamak, muhtemelen benzersiz optik özelliklerine ve belirli ışık renklerini nasıl yansıttıklarına veya emdiklerine bağlı olan başka bir gizemdir diyor.
Pinilla-Alonso, karbondioksitin bileşimleri benzer olan kuyrukluyıldızlarda gaz halinde bulunması nedeniyle TNO’larda karbondioksit bulunmasının yaygın bir teori olduğunu söylüyor.
“Kuyrukluyıldızlarda, karbondioksiti yüzeydeki veya hemen altındaki buzların süblimleşmesinden salınan bir gaz olarak gözlemliyoruz,” diyor. “Ancak, karbondioksit daha önce TNO’ların yüzeyinde hiç gözlemlenmediğinden, yaygın inanış, bunun yüzeyin altında hapsolduğu yönündeydi. Son bulgularımız bu fikri altüst ediyor. Artık karbondioksitin yalnızca TNO’ların yüzeyinde bulunmadığını, aynı zamanda daha önce en bol yüzey malzemesi olduğunu düşündüğümüz su buzundan daha yaygın olduğunu biliyoruz. Bu keşif, TNO’ların bileşimine ilişkin anlayışımızı önemli ölçüde değiştiriyor ve yüzeylerini etkileyen süreçlerin fark ettiğimizden daha karmaşık olduğunu gösteriyor.”
Verilerin Çözülmesi
Çalışmanın ortak yazarları, Université Paris-Saclay’ın Institut d’Astrophysique Spatiale ve Fransız Ulusal Bilimsel Araştırma Merkezi’nde doktora öğrencisi olan Elsa Hénault ile Hénault’un danışmanı Rosario Brunetto, JWST gözlemlerinin yorumlanmasına laboratuvar ve kimyasal bir bakış açısı getirdiler.
Hénault, tüm nesnelerdeki karbondioksit ve karbonmonoksitin emilim bantlarını analiz etti ve karşılaştırdı. Buzun bol miktarda kanıtı olmasına rağmen, bolluk ve dağılımda büyük bir çeşitlilik vardı, diyor Hénault.
“CO2’nin TNO’larda yaygın olduğunu bulmamıza rağmen, kesinlikle eşit olarak dağılmamıştır,” diyor. “Bazı nesneler karbondioksit açısından fakirken, diğerleri karbondioksit açısından çok zengindir ve karbon monoksit gösterir. Bazı nesneler saf karbondioksit gösterirken, diğerleri diğer bileşiklerle karışıktır. Karbondioksitin özelliklerini yörüngesel ve fiziksel parametrelere bağlamak, karbondioksit değişimlerinin nesnelerin farklı oluşum bölgelerini ve erken evrimini temsil ettiği sonucuna varmamızı sağladı.”
Hénault, analiz sonucunda protoplaneter diskte karbondioksitin bulunmasının çok muhtemel olduğunu, ancak karbonmonoksitin ilkel olma ihtimalinin düşük olduğunu söylüyor.
“Karbon monoksit, güneşimizden veya diğer kaynaklardan gelen sürekli iyon bombardımanı ile verimli bir şekilde oluşabilir,” diyor. “Şu anda bu hipotezi, TNO yüzeylerinin donma ve iyonlaşma koşullarını yeniden üretebilen iyon ışınlama deneyleriyle gözlemleri karşılaştırarak araştırıyoruz.”
Hénault, araştırmanın TNO’ların yaklaşık 30 yıl önce keşfedildiği zamandan bu yana süregelen sorulara kesin yanıtlar getirdiğini, ancak araştırmacıların hala katetmeleri gereken uzun bir yol olduğunu söylüyor.
“Şimdi başka sorular da gündeme geliyor,” diyor. “Özellikle karbon monoksitin kökeni ve evrimi düşünüldüğünde. Tüm spektral aralıktaki gözlemler o kadar zengin ki bilim insanlarını önümüzdeki yıllarda kesinlikle meşgul edecek.”
DiSCo programı gözlemleri bir sonuca yaklaşsa da, sonuçların analizi ve tartışılması için daha kat edilecek çok yol var. Çalışmadan elde edilen temel bilgi, gelecekteki gezegen bilimi ve astronomi araştırmaları için önemli bir tamamlayıcı olacak, diyor de Prá.
“Bu nesnelerin neyden yapıldığı ve nasıl ortaya çıktıkları konusunda sadece yüzeyi tırmaladık,” diyor. “Şimdi bu buzların yüzeylerinde bulunan diğer bileşiklerle ilişkisini ve bunların oluşum senaryosu, dinamik evrimi, uçucu madde tutulumu ve güneş sisteminin tarihi boyunca ışınlanma mekanizmaları arasındaki etkileşimi anlamamız gerekiyor.”
Referans: Mário N. De Prá, Elsa Hénault, Noemí Pinilla-Alonso, Bryan J. Holler, Rosario Brunetto, John A. Stansberry, “JWST/DiSCo-TNO’lar tarafından ortaya çıkarılan Neptün ötesi popülasyondaki yaygın CO2 ve CO buzları”, Ana Carolina de Souza Feliciano, Jorge M. Carvano, Brittany Harvison, Javier Licandro, Thomas G. Müller, Nuno Peixinho, Vania Lorenzi, Aurélie Guilbert-Lepoutre, Michele T. Bannister, Yvonne J. Pendleton, Dale P. Cruikshank, Charles A Schambeau, Lucas McClure ve Joshua P. Emery, 22 Mayıs 2024, Doğa Astronomi.
DOI: 10.1038/s41550-024-02276-x
Araştırma şu kuruluş tarafından finanse edildi: NASA.