O Telescópio Espacial James Webb monitora o Cinturão de Kuiper: Sedna, Gongong e Kuar

O Cinturão de Kuiper, a vasta região no limite do nosso sistema solar habitada por inúmeros corpos gelados, é um tesouro de descobertas científicas. A descoberta e caracterização de Objetos do Cinturão de Kuiper (KBOs), às vezes chamados de Objetos Transnetunianos (TNOs), levou a uma nova compreensão da história do Sistema Solar. A eliminação de objetos do cinturão de Kuiper é um indicador das correntes gravitacionais que moldaram o sistema solar e revela uma história dinâmica de migrações planetárias. Desde o final do século XX, os cientistas têm procurado observar mais de perto os objetos da Cintura de Kuiper para aprender mais sobre as suas órbitas e composição.

Estudar objetos no sistema solar exterior é um dos muitos objetivos do sistema solar Telescópio Espacial James Webb (JWST). Usando dados obtidos por Webb Espectrômetro infravermelho próximo (NIRSpec), uma equipe internacional de astrônomos observou três planetas anões no Cinturão de Kuiper: Sedna, Jungjung e Kwar. Estas observações revelaram muitas coisas interessantes sobre as suas órbitas e composição, incluindo hidrocarbonetos leves e moléculas orgânicas complexas que se pensa serem produtos da irradiação de metano.

Ele supervisionou a pesquisa Josué Emery, professor associado de astronomia e ciências planetárias na Northern Arizona University. Ele foi acompanhado por pesquisadores do Goddard Space Flight Center (GSFC) da NASA. Instituto de Astrofísica Espacial (Universidade Paris-Saclay). Instituto Pinheado Instituto Espacial da Flórida (Universidade da Flórida Central). Observatório Lowello Instituto de Pesquisa do Sudoeste (Swei), e Instituto de Ciências do Telescópio Espacial (STScI), Universidade Americana. e Universidade Cornell. Uma pré-impressão de seu artigo apareceu on-line e está sendo revisada para publicação pela Icaro.

Apesar de todos os avanços na astronomia e nos exploradores robóticos, o que sabemos sobre o Transnetuno e o Cinturão de Kuiper ainda é limitado. Até agora, a única missão para estudar Urano, Netuno e seus principais satélites foi uma missão Viajante 2 A missão passou por esses dois gigantes de gelo em 1986 e 1989, respectivamente. Além disso, o Novos horizontes Esta missão foi a primeira espaçonave a estudar Plutão e suas luas (em julho de 2015) e a única a encontrar um objeto do Cinturão de Kuiper, o que ocorreu em 1º de janeiro de 2019, quando voou próximo ao cinturão do Cinturão de Kuiper conhecido como Arrokoth.

Esta é uma das muitas razões pelas quais os astrónomos aguardam ansiosamente o lançamento do Telescópio Espacial James Webb. Além de estudar exoplanetas e as galáxias mais antigas do universo, poderosas capacidades de imagem infravermelha também foram direcionadas para o nosso quintal, revelando novas imagens de Marte, Júpiter e dos seus maiores satélites. Para o seu estudo, Emery e os seus colegas basearam-se em dados do infravermelho próximo obtidos por Webb para três planetas na Cintura de Kuiper – Sedna, Gungong e Kuar. Esses objetos têm cerca de 1.000 km (620 milhas) de diâmetro, o que os coloca dentro Classificação da União Astronômica Internacional de planetas anões.

Como Emery disse ao Universe Today por e-mail, esses objetos são particularmente interessantes para os astrônomos devido ao seu tamanho, órbitas e composições. Outros objetos transnetunianos – como Plutão, Eris, Haumea e Makemake – retiveram gelos voláteis em suas superfícies (nitrogênio, metano, etc.). A única exceção é Haumea, que perdeu os seus voláteis com um efeito (aparentemente) significativo. Como disse Emery, eles queriam saber se Sedna, Goonggong e Quaoar também tinham voláteis semelhantes em suas superfícies:

“Trabalhos anteriores mostraram que eles podem ser capazes. Embora todos tenham tamanhos aproximadamente semelhantes, suas órbitas são diferentes. Sedna é um objeto do interior da Nuvem de Oort com um periélio de 76 UA e um apogeu de cerca de 1.000 UA. Gunggung está em um órbita elíptica Também extremamente, com um periélio de 33 UA e apogeu de ~ 100 UA, Cowar está em uma órbita relativamente circular perto de 43 UA. Essas órbitas colocam objetos em diferentes regimes de temperatura e diferentes ambientes de radiação (Sedna, por exemplo, passa a maior parte de sua órbita tempo fora da heliosfera do Sol. Queríamos investigar como essas diferentes órbitas afetam as superfícies. Existem também outros gelos interessantes e materiais orgânicos complexos nas superfícies.

Usando dados do instrumento Webb NIRSpec, a equipe observou todos os três objetos no modo prisma de baixa resolução em comprimentos de onda que variam de 0,7 a 5,2 micrômetros (µm) – colocando-os todos no espectro do infravermelho próximo. Observações adicionais do Quaoar foram feitas de 0,97 a 3,16 μm usando grades de resolução média com dez vezes a resolução espectral. Os espectros resultantes revelaram algumas coisas interessantes sobre esses objetos TNO e suas composições de superfície, disse Emery:

“Encontramos uma abundância de etano (C2H6) nos três corpos, principalmente em Sedna. Sedna também mostra acetileno (C2H2) e etileno (C2H4). A abundância está relacionada à órbita (mais em Sedna, menos em Gunggung, e pelo menos em Kuwar), o que é consistente com temperaturas relativas e ambientes de radiação. Essas moléculas são produtos da irradiação direta do metano (CH4). Se o etano (ou outro) estivesse presente nas superfícies há muito tempo, ele teria sido transformado em moléculas mais complexas por irradiação. Como ainda as vemos, duvidamos que os telhados devam ser reabastecidos com metano (CH4) regularmente.

Essas descobertas são consistentes com aquelas apresentadas em dois estudos recentes que ele liderou Dr. Will Grundyastrônomo do Observatório Lowell e pesquisador associado da NASA Novos horizontes tarefa, e Chris Glenn, cientista planetário e geoquímico do SwRI. Em ambos os estudos, Grundy, Glenn e seus colegas mediram as proporções deutério/hidrogênio (D/H) no metano em Iris e Makemake e concluíram que o metano não era primitivo. Em vez disso, argumentam eles, as proporções resultam do processamento interno do metano e da entrega à superfície.

“Sugerimos que o mesmo pode ser verdade para Sedna, Gonggong e Quaoar”, disse Emery. “Também vemos que os espectros de Sedna, Goonggong e Quaoar diferem daqueles dos KBOs menores. Houve conversas em duas conferências recentes que mostraram que os dados do Telescópio Espacial James Webb para os KBOs menores agrupam-se em três grupos, nenhum dos quais assemelham-se a Sedna, Gonggong e Quaoar. Eles concordam que este é um resultado mesmo que nossos três corpos maiores tenham histórias geotérmicas diferentes.

Estes resultados podem ter implicações importantes para o estudo de objetos do Cinturão de Kuiper, TNOs e outros objetos no sistema solar exterior. Isto inclui novos insights sobre a formação de objetos além da linha de gelo em sistemas planetários, que se refere à linha além da qual os compostos voláteis congelam. No nosso sistema solar, a região transnetuniana corresponde à linha do nitrogênio, onde os objetos retêm grandes quantidades de materiais voláteis com pontos de congelamento muito baixos (como nitrogênio, metano e amônia). Emery disse que essas descobertas também ilustram o tipo de processos evolutivos que ocorrem nos corpos desta região:

“O principal impacto pode ser encontrar o volume no qual os objetos do Cinturão de Kuiper se tornaram quentes o suficiente para o reprocessamento interno do gelo primordial, e talvez até mesmo a diferenciação. Também deveríamos ser capazes de usar esses espectros para compreender melhor o processamento de radiação do gelo superficial no sistema solar exterior.” Estudos futuros também serão capazes de analisar com mais detalhes a estabilidade volátil e a possibilidade de atmosferas nestes objetos acima de qualquer parte de suas órbitas.

Os resultados deste estudo também demonstram as capacidades do Telescópio Espacial James Webb, que já provou o seu valor várias vezes desde que entrou em funcionamento no início do ano passado. Também nos lembra que, além de permitir novos insights e novas descobertas sobre planetas distantes, galáxias e a estrutura em grande escala do universo, Webb também pode revelar coisas sobre o nosso cantinho do universo.

“Os dados do Telescópio Espacial James Webb são incríveis”, acrescentou Emery. “Isso nos permitiu obter espectros em comprimentos de onda mais longos do que poderíamos na Terra, o que nos permitiu detectar esses gelos. Muitas vezes, ao observar em uma nova faixa de comprimento de onda, os dados brutos podem ser de qualidade muito baixa. O Telescópio James Webb não foi A sonda espacial não apenas forneceu uma nova gama de comprimentos de onda, mas também forneceu dados sensíveis e de qualidade fantasticamente alta para uma variedade de materiais de superfície no sistema solar exterior.

Leitura aprofundada: arXiv