Grazie alle capacità del James Webb telescope sono stati osservati i misteriosi pianeti nani della cintura di Kuiper: Sedna, Gonggong e Quaoar.
Lo studio dei corpi del Sistema Solare esterno è uno dei tanti obiettivi del James Webb Space Telescope (JWST). Utilizzando i dati ottenuti dal Near-Infrared Spectrometer (NIRSpec) di Webb, un team internazionale di astronomi ha osservato tre pianeti nani nella Fascia di Kuiper: Sedna, Gonggong e Quaoar. Queste osservazioni hanno rivelato diverse cose interessanti sulle loro rispettive orbite e composizione, inclusi idrocarburi leggeri e molecole organiche complesse che si ritiene siano il prodotto dell’irradiazione del metano. Una pre-stampa del loro articolo è apparsa online ed è in fase di revisione per la pubblicazione da parte di Icarus.
La Fascia di Kuiper, la vasta regione ai margini del nostro Sistema Solare popolata da innumerevoli oggetti ghiacciati, è un tesoro di scoperte scientifiche. Il rilevamento e la caratterizzazione degli oggetti della cintura di Kuiper (KBO), a volte indicati come oggetti transnettuniani (TNO), ha portato a una nuova comprensione della storia del Sistema Solare. La disposizione dei KBO è un indicatore delle correnti gravitazionali che hanno modellato il Sistema Solare e rivelano una storia dinamica delle migrazioni planetarie. Sin dalla fine del XX secolo, gli scienziati sono stati ansiosi di osservare più da vicino i KBO per saperne di più sulle loro orbite e sulla composizione.
Una regione misteriosa
Nonostante tutti i progressi nel campo dell’astronomia e degli esploratori robotici, ciò che sappiamo della regione transnettuniana e della fascia di Kuiper è ancora limitato. Ad oggi, l’unica missione per studiare Urano, Nettuno e i loro principali satelliti è stata la missione Voyager 2, che ha sorvolato questi giganti di ghiaccio rispettivamente nel 1986 e nel 1989. Inoltre, la missione New Horizons è stata la prima navicella spaziale a studiare Plutone e i suoi satelliti (nel luglio 2015) e l’unica a incontrare un oggetto nella fascia di Kuiper, cosa avvenuta il 1° gennaio 2019, quando sorvolò il KBO noto come Arrokoth.
Perciò gli astronomi hanno atteso con impazienza il lancio del James Webb Telescope. Oltre a studiare gli esopianeti e le prime galassie dell’Universo, le sue potenti capacità di imaging a infrarossi sono state rivolte anche al nostro cortile, rivelando nuove immagini di Marte, Giove e dei suoi satelliti più grandi. Per il loro studio, Emery e i suoi colleghi hanno consultato i dati nel vicino infrarosso ottenuti da Webb di tre planetoidi nella cintura di Kuiper: Sedna, Gonggong e Quaoar. Questi corpi hanno un diametro di circa 1.000 km (620 mi), il che li colloca nella designazione IAU di Pianeti Nani.
Questi corpi sono particolarmente interessanti per gli astronomi a causa delle loro dimensioni, orbite e composizioni. Altri corpi transnettuniani – come Plutone, Eris, Haumea e Makemake – hanno tutti mantenuto ghiacci volatili sulle loro superfici (azoto, metano, ecc.). L’unica eccezione è Haumea, che ha perso le sue sostanze volatili in un grande impatto ipotizzato dagli scienziati. Per questo si voleva vedere se anche Sedna, Gonggong e Quaoar avessero sostanze volatili simili sulle loro superfici.
Sebbene abbiano tutte dimensioni più o meno simili, le loro orbite sono distinte. Sedna è un oggetto interno della nube di Oort con perielio di 76 UA e afelio di quasi 1.000 UA, anche Gonggong è in un’orbita molto ellittica, con perielio di 33 UA e afelio di circa 100 UA, e Quaoar è in un’orbita relativamente circolare vicino a 43 UA. Queste orbite collocano i corpi in diversi regimi di temperatura e diversi ambienti di irradiazione (Sedna, ad esempio, trascorre la maggior parte del suo tempo al di fuori dell’eliosfera del Sole). Gli scienziati vogliono fare chiarezza su come queste diverse orbite possano influenzare le superfici.
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I risultati del James Webb
Utilizzando i dati dello strumento NIRSpec di Webb, il team ha osservato tutti e tre i corpi in modalità prisma a bassa risoluzione a lunghezze d’onda comprese tra 0,7 e 5,2 micrometri (μm), posizionandoli tutti nello spettro del vicino infrarosso. Ulteriori osservazioni sono state effettuate su Quaoar da 0,97 a 3,16 µm utilizzando reticoli a media risoluzione dieci volte superiori alla risoluzione spettrale. Gli spettri risultanti hanno rivelato alcune cose interessanti su questi TNO e sulle composizioni superficiali.
È stato trovato abbondante etano (C2H6) su tutti e tre i corpi, soprattutto su Sedna. Sedna mostra anche acetilene (C2H2) ed etilene (C2H4). Le abbondanze sono correlate con l’orbita (la maggior parte su Sedna, meno su Gonggong, meno su Quaoar), che è coerente con le temperature relative e gli ambienti di irradiazione. Queste molecole sono prodotti dell’irradiazione diretta del metano (CH4). Se l’etano (o gli altri) fossero rimasti sulle superfici per molto tempo, sarebbero stati convertiti in molecole ancora più complesse mediante irradiazione. Dal momento che li vediamo ancora, si sospetta che il metano (CH4) debba essere rifornito alle superfici abbastanza regolarmente.
I risultati sono coerenti con quelli presentati in un paio di studi recenti che hanno misurato i rapporti deuterio/idrogeno (D/H) nel metano su Eris e Makemake e hanno concluso che il metano non era primordiale. Sostengono invece che i tali rapporti risultino per il fatto che il metano viene lavorato all’interno del pianeta e rilasciato in superficie.
Lo stesso potrebbe essere avvenire su Sedna, Gonggong e Quaoar i cui spettri sono diversi da quelli dei KBO più piccoli. In due recenti conferenze si è parlato di dati JWST relativi a KBO più piccoli raggruppati in tre gruppi, nessuno dei quali assomiglia a Sedna, Gonggong e Quaoar. Ciò è coerente con il fatto che questi tre corpi più grandi hanno una storia geotermica diversa. Questi risultati potrebbero avere implicazioni significative per lo studio di KBO, TNO e altri oggetti nel Sistema Solare esterno. Ciò include nuove informazioni sulla formazione di oggetti oltre la linea del gelo nei sistemi planetari, che si riferisce alla linea oltre la quale i composti volatili si congelano. Nel nostro Sistema Solare, la regione transnettuniana corrisponde alla linea dell’azoto, dove i corpi trattengono grandi quantità di sostanze volatili con punti di congelamento molto bassi (cioè azoto, metano e ammoniaca).
Questi risultati dimostrano anche che tipo di processi evolutivi sono in atto per i corpi in questa regione. L’implicazione principale potrebbe essere quella di trovare la dimensione alla quale i KBO sono diventati abbastanza caldi per il ritrattamento interno dei ghiacci primordiali, forse anche per la differenziazione. Dovremmo anche essere in grado di utilizzare questi spettri per comprendere meglio il processo di irradiazione dei ghiacci superficiali nel Sistema Solare esterno. E gli studi futuri saranno anche in grado di esaminare più in dettaglio la stabilità volatile e la possibilità che si formino atmosfere su questi corpi su qualsiasi parte delle loro orbite.
I risultati di questo studio mostrano anche le capacità del JWST, che ha dimostrato più volte il suo valore da quando è diventato operativo all’inizio dello scorso anno. Ci ricordano anche che oltre a consentire nuove visioni e scoperte di pianeti lontani, galassie e strutture su larga scala dell’Universo, Webb può anche rivelare cose sul nostro piccolo angolo di cosmo.
Fonte: Universe Today, Arxiv
