Avlägsna solsystemsobjekt kan ge kunskap om solsystemets förflutna

 

Bild https://science.nasa.gov  En konstnärs koncept som avbildar ett transneptuniskt objekt, en liten  isig kropp som kretsar runt solen bortom Neptunus bana. Dessa objekt är så små att NASAs Hubble- och Webb-teleskop bara ser dem som små ljuspunkter. NASA, ESA, Leah Hustak (STScI)

För första gången använde forskare NASAs Hubble- och James Webb-rymdteleskop till att studera några av de mest avlägsna kropparna i vårt solsystem, Transneptunska objekt (TNOs). Några av dessa är de minsta och svagast lysande som någonsin setts direkt. Forskarna fann oväntat färre små TNO:er än de förväntat sig och att färgerna på dessa kroppar hade samma relationer som deras större familjemedlemmar. 

Objekt som vanligtvis är små, svaglysande, iskalla objekt som kretsar runt solen bortom Neptunus bana. De flesta är mer än 100 miljoner gånger mörkare än objekt som är synliga för blotta ögat. I två kompletterande artiklar publicerade på tisdagen i The Astronomical Journal analyserade teamen färg, sammansättning och storleksfördelning för 27 nyupptäckta små, svaga TNO:er (se nedan).

Dessa små objekt erbjuder den bästa inblicken i ett tidigt stadium av planetbyggande tiden då en skiva av damm och småsten i omloppsbana runt solen samlade till planeter  men var materia ännu inte hade smält samman till fullstora planeter. Bortom Neptunus inträffade aldrig detta andra stadium (sammansmältningen) utan och lämnade kvar en frusen population av materia som aldrig blev annat än små bitar.

I den djupaste TNO-undersökningen hittills undersökte team ledda av doktorander från University of Victoria i Kanada, under ledning av National Research Council of Canada, och Northern Arizona University i Flagstaff en himmelsfläck samtidigt med Hubble, observerade TNOs i synligt ljus och Webb, som observerade i infrarött ljus. Forskarteamet mätte objektens färger, som är som ett fingeravtryck av ytans sammansättning, samt deras storlekar och bestämde deras banor.

I de samordnade observationerna studerade teamen två olika typer av TNO:er. De första, dynamiskt kallade "cold" TNO:erna, befinner sig på sina ursprungliga, relativt cirkulära banor runt solen i solsystemets plan. Den andra typen, dynamiskt "hot" TNO:er, bildades mellan de nuvarande platserna för Uranus och Neptunus men pressades ut där de är idag finns när de yttre gasjättarna migrerade tidigt i solsystemets historia. Idag befinner de sig i starkt elliptiska banor och rör sig in och ut ur planet i vårt solsystem.  Både de "hot" och "cold" populationerna verkar behålla samma färger som när de bildades, med liten förändring sedan solsystemets födelse.

Webb-data gjorde det också möjligt för forskare att mäta antalet objekt av varje storlek. De fann att de övergripande storleksfördelningarna för båda populationerna var förvånansvärt lika.

"Det är mycket intressant att processen med planetesimalbildning ger samma storleksfördelning för både cold och hot populationer, trots att de bildades i olika regioner i det tidiga solsystemet. Processen verkar vara okänslig för diskförhållanden och ger liknande planetesimalstorlekar oavsett om skivan är varm eller kall, tät eller fluffig," beskriver doktoranden Marielle Eduardo vid University of Victoria, som ledde studien om storleksfördelning.

Forskarna fann också färre av dessa mycket små kroppar än de förväntade sig baserat på vissa planetbildningsmodeller. Webb upptäckte 27 nya, anmärkningsvärt svaga TNO:er, en så svag att den motsvarar att stå på jorden och se en liten svärm eldflugor på månen. Den minsta de observerade har en diameter på cirka 5 kilometer vilket är ungefär fem gånger mindre än vad som är möjligt att upptäcka med de mest känsliga markbaserade teleskopen.

"Det är mycket intressant att processen med planetsimalbildning ger samma storleksfördelning för både kalla och heta populationer, trots att de bildades i olika regioner i det tidiga solsystemet. Processen verkar vara okänslig för diskförhållanden och ger liknande planetesimalstorlekar oavsett om skivan är varm eller kall tät, eller fluffig," beskriver doktoranden Marielle Eduardo vid University of Victoria, som ledde studien om storleksfördelning och som kan läsas här.

Forntida koldioxid och kolmonoxidis upptäckt på transneptunska objekt

 

Ett transneptunskt objekt (TNO) är en himlakropp  som kretsar kring solen på ett större medelavstånd från solen än planeten Neptunus. Vi talar då om Kuiperbältet där det finns ca 70000 tramsneptuniska objekt (dvärgplaneter, asteroider och kometer).

Att bekräfta förekomsten av koldioxid och kolmonoxid på TNO:er öppnar många möjligheter att ytterligare studera och kvantifiera hur eller varför det förekommer där, beskriver Pinilla-Alonso som är medförfattare till studien och leder DiSCo-TNOs-programmet vari forskningen bedrevs.

– Upptäckten av  koldioxid på transneptunska objekt var spännande men än mer fascinerande var dess egenskaper, beskriver hon. – Det spektrala avtrycket av koldioxid avslöjade två distinkta ytsammansättningar i vårt prov. I vissa TNO:er blandas koldioxid med andra material som metanol, vattenis och silikater. Men i en annan grupp – där koldioxid och kolmonoxid är viktiga ytkomponenter – var den spektrala signaturen påfallande unik. Detta skarpa koldioxidavtryck liknar inget som observerats på andra himlakroppar i solsystemet eller replikerats i laboratoriemiljöer.

Det verkar nu klart att  koldioxid finns i överflöd och verkar isolerat från andra material, men förklarar inte bandformen, beskriver Pinilla-Alonso. Att förstå dessa koldioxidband är sannolikt knutet till deras unika optiska egenskaper och hur de reflekterar eller absorberar specifika färger av ljus beskriver hon.

Det är en vanlig teori att koldioxid kanske finns i TNO:er eftersom koldioxid finns i gasform i kometer, som är jämförbara i sammansättning, beskriver Pinilla-Alonso.

– I kometer observerar vi koldioxid som en gas som frigörs från sublimering av is på eller strax under ytan,(då dessa närmar sig solen på sin bana) beskriver hon. – Men eftersom koldioxid aldrig hade observerats på ytan av TNO:er var den allmänna uppfattningen att den var fångad under ytan. Våra senaste rön vänder upp och ner på denna uppfattning. Vi vet nu att koldioxid inte bara finns på ytan av TNO:er utan också är vanligare där än vattenis som vi tidigare trodde var vanligare. Detta avslöjande förändrar dramatiskt vår förståelse av sammansättningen av TNO:er och tyder på att de processer som påverkar ytorna är mer komplexa än vi insett.

De Prá började på UCF FSI 2022 som biträdande forskare. Han har tidigare tillbringat nästan fyra år som framstående postdoktor vid FSI. De Prá doktorerade i astronomi 2017 vid Observatório Nacional do Rio de Janeiro, Brasilien. Han arbetar med observationell planetvetenskap och använder flera mark- och rymdbaserade teleskop för att studera sambandet mellan olika små objektpopulationer.

De ansvariga i studien var. Pinilla-Alonso är professor vid FSI som varit medlem där sedan 2015. Hon doktorerade i astrofysik och planetvetenskap vid Universidad de La Laguna i Spanien. Pinilla-Alonso har också en delad utnämning som professor vid UCF:s institution för fysik och har lett många internationella observationskampanjer till stöd för NASA-uppdrag som New Horizons, OSIRIS-REx och Lucy.

Bild vikipedia. En illustratörs version av Kuiperbältet och Oorts kometmoln.

Planet 9 kan finnas eller är det något annat därute som påverkar ute i Kuiperbältet. Ingen vet idag.

Bortom Neptunus omloppsbana ligger Kuiperbältet bestående av Pluto, ett flertal dvärgplaneter, asteroider, och kometer. Cirka 70000 objekt anses där finnas vilka är rester från bildandet av solsystemet. Neptunus och de andra jätteplaneterna påverkar gravitationellt objekten i Kuiperbältet  vilka benämns transneptunska objekt (TNO) och vilka omger solen på nästan cirkulära banor från alla riktningar.


Dock har astronomer upptäckt några mystiska extremvärden. Sedan 2003 har omkring 30 TNO upptäckts ha en starkt elliptisk bana istället för en rund bana.


Dessas (vilka finns i ett kluster) banor kan inte förklaras av vårt befintliga åttaplanets solsystems-arkitektur och har lett till att några astronomer arbetat fram hypotesen att dessa ovanliga banor påverkas av en okänd nionde planet (jag undrar dock varför denna nionde planet i så fall enbart påverkar ca 30 objekt och inte resterande nära 70000 objekt vilka visar sig påverkade av jätteplaneterna i vårt solsystem).


Men vissa forskare anser nu att en nionde planet inte är nödvändig för att förklara de trettios elliptiska banor därute. Banorna kan istället förklaras av den kombinerade gravitationella kraften från att dessa objekts närliggande till varandra. De kretsar kring solen i en skivformation bortom Neptunus.


Denna alternativa förklaring till den så kallade 'Planet nio' hypotesen har lagts fram av forskare vid universitetet i Cambridgeoch American University of Beirut. Det föreslås att denna skivformation som består av små isiga kroppar med en kombinerad massa så mycket som tio gånger Jordens är det som påverkar att  objekten i skivan  har en unik bana runt solen i fårhållande till övriga objekt därute.


Det är också möjligt att båda sakerna kunde vara sant – det kan tillsammans vara denna massiva skiva och en nionde planet i närområdet som tillsammans påverkar. Men vad som är sant får framtidens forskare bedöma efterhand som fler  TNO:s banor analyseras. Det kan ju finnas fler elliptiska banor därute.


Själv anser jag att denna nya teori är trolig. Jag har svårt för att förstå hur en större planet ska kunna finnas därute och hur den skulle hamnat där.

Vi människor fortsätter att se upp mot universum och förska förstå söka kunskap och förundras av den kunskap som vi får om universum.

Kanske samma sak sker just nu på många platser i andra solsystem därute. Människor eller andra varelser ser upp mot natthimlen och undrar om de är ensamma.


Bilden ovan är en konstnärs uppfattning av en eventuell planet 9 kan gestaltas  bilden från Wikipedia. 


Bilden nedan en spännande bild på hur det kan se ut på en planet långt därute i ett annat solsystem då två människor funderande står och tänker över universums mysterier.