Mały, lodowy świat dryfujący w zewnętrznych obszarach naszego Układu Słonecznego może być spowity cienką atmosferą. Jeśli to się potwierdzi, będzie to pierwszy przypadek wykrycia takiej warstwy gazu na obiekcie tej wielkości.
Odkrycie to sugeruje, że małe ciała poza orbitą Neptuna nie są statycznymi, zamrożonymi reliktami, za jakie uważali wcześniej naukowcy. Zamiast tego mogą to być środowiska dynamiczne podlegające ciągłym zmianom.
Astronom z obserwatorium Narodowego Obserwatorium Japonii Ko Arimatsu i jego współpracownicy opublikowali swoje wyniki 4 maja w czasopiśmie Nature Astronomy. Do tej pory jedynie Pluton pozostał obiektem transneptunowym z potwierdzoną atmosferą. Nowe obserwacje poszerzają znaną różnorodność obiektów z atmosferami w Pasie Kuipera i poza nim.
Jak teleskopy zarejestrowały słaby sygnał
Zespół skupił się na obiekcie 2002 XV93, małym obiekcie Układu Słonecznego położonym dalej od Słońca niż Pluton. 10 stycznia 2024 roku obiekt przeszedł bezpośrednio wzdłuż linii wzroku do odległej gwiazdy – zjawisko znane jako zakrycie (zaćmienie gwiazdy).
Wykorzystując sieć teleskopów w trzech różnych miejscach w Japonii, astronomowie śledzili wydarzenie z dużą precyzją. Gdyby 2002 XV93 była nagą skałą lub kulą lodu, światło gwiazdy znikłoby i natychmiast powróciło, jakby ktoś nacisnął przełącznik.
Jednak dane mówiły co innego. Światło gwiazdy stopniowo zanikało i powracało do normy w ciągu około 1,5 sekundy. To stopniowe ciemnienie wskazuje, że światło gwiazdy przeszło przez ośrodek, załamując je, zanim dotarło do Ziemi.
„To stopniowe przyciemnianie najlepiej wytłumaczyć przejściem światła gwiazdy i załamaniem się w cienkiej atmosferze” – wyjaśnia Arimatsu.
Domniemana atmosfera jest niewiarygodnie wątła, a jej ciśnienie wynosi około jednej dziesięciomilionowej ciśnienia ziemskiego. Jednak jej obecność jest znacząca, biorąc pod uwagę fizyczne ograniczenia obiektu.
Dlaczego to odkrycie jest sprzeczne z oczekiwaniami
Średnica XV93 2002 wynosi około 470 kilometrów – to mniej więcej długość Wielkiego Kanionu. W przypadku obiektu tej wielkości grawitacja jest zwykle zbyt słaba, aby utrzymać gazy przez dłuższy czas.
„Byłem naprawdę zaskoczony” – przyznaje Arimatsu.
Modele teoretyczne sugerują, że każda atmosfera na tak małym ciele powinna rozproszyć się w przestrzeń kosmiczną w ciągu kilku tysięcy lat, chyba że będzie stale uzupełniana. Rodzi to ważne pytania dotyczące działalności i historii serwisu. Obecność atmosfery oznacza jeden z dwóch głównych scenariuszy:
- Niedawne uderzenie: Uderzenie komety lub innego ciała lodowego mogło niedawno wyrzucić pył i gaz, tworząc tymczasową atmosferę, którą astronomowie zaobserwowali w idealnym momencie.
- Aktualna aktywność geologiczna: Miejsce może zawierać „wulkany lodowe” (kriowulkany), które regularnie uwalniają gaz z wnętrza, utrzymując atmosferę przez dłuższy czas.
Nierozwiązane problemy i przyszłe obserwacje
Chociaż dane dotyczące zaćmień silnie potwierdzają obecność atmosfery, nie dają pełnego obrazu. Jedna obserwacja nie może całkowicie wykluczyć alternatywnych wyjaśnień, takich jak chmura pyłu, a nie gazu. Dodatkowo aktualne dane nie ujawniają składu chemicznego atmosfery ani jej pionowego rozmieszczenia nad powierzchnią.
Przyszłe obserwacje będą miały kluczowe znaczenie dla rozróżnienia hipotez dotyczących uderzenia i aktywności wulkanicznej.
- Jeśli atmosfera zniknie w ciągu kilku lat, jest to prawdopodobnie wynikiem krótkotrwałego uderzenia.
- Jeśli utrzymuje się lub zmienia się wraz z porami roku, wskazuje to na wewnętrzne procesy geologiczne, takie jak kriowulkanizm.
Wniosek
Możliwa atmosfera 2002 XV93 podważa długo utrzymywany pogląd, że małe, lodowe światy w głębi Układu Słonecznego są obojętne. Niezależnie od tego, czy chodzi o niedawne zderzenia, czy o ciepło wewnętrzne, odkrycie to pokazuje, że nawet najmniejsze i najbardziej odległe obiekty w naszym kosmicznym regionie mogą ukrywać złożone, ewoluujące środowiska.
