Японски астрономи откриха атмосфера в 500 километрово тяло в пояса на Кайпер: произходът ѝ остава загадка
Японски астрономи откриха тънка атмосфера около мъничко тяло в покрайнините на Слънчевата система, представляващо транснептунов обект (612533) 2002 XV93, с диаметър приблизително 500 километра. Преди това газова обвивка в този регион беше потвърдена само около Плутон. Как толкова малко тяло е придобило тази атмосфера, остава неясно: и двата възможни сценария, като удар на комета или ледена вулканична активност, повдигат повече въпроси, отколкото отговори.
Откритието е направено от екип от професионални и любители астрономи, ръководени от Ко Аримацу от обсерваторията Ишигаки-джима, част от Националната астрономическа обсерватория на Япония (NAOJ). На 10 януари 2024 г. от четири наблюдателни пункта в Япония те наблюдават как обектът 2002 XV93 преминава пред слаба звезда с 15-та величина, затъмнявайки за кратко нейната светлина.
За да се оцени колко слаба е била тази звезда, Луната има магнитуд около -12 и колкото по-високо е числото на тази скала, толкова по-слаба е светлината. Ако 2002 XV93 нямаше атмосфера, далечната звезда щеше да потъмнее мигновено за наблюдателите на Земята, сякаш е изключена като лампа. Телескопите обаче регистрираха нещо друго: яркостта ѝ постепенно отслабваше в продължение на няколко секунди и едва след това изчезна напълно. Такова постепенно избледняване е възможно само когато светлината на звездата преминава през газовата обвивка, обграждаща затъмняващото тяло, и се пречупва от нея.
Подобно събитие е видимо от Земята само по много тясна лента, където обектът, звездата и наблюдателят са подравнени. Чрез поставяне на телескопи по краищата на тази лента и сравняване на точния час, в който звездата е изчезнала от погледа във всеки телескоп, може да се изчисли размерът и формата на самия обект. Използваните инструменти включват 1,05-метров професионален телескоп в обсерваторията Кисо, собственост на Токийския университет, и любителски телескопи с диаметри 200 и 250 милиметра. Те са били оборудвани с CMOS камери, чувствителни към постепенното отслабване на яркостта на звездата.
Повърхностната атмосфера на 2002 XV93 упражнява налягане от 100 до 200 нанобара, което е 5 до 10 милиона пъти по-малко от земното. Тялото е почти пет пъти по-малко от Плутон: диаметърът му е приблизително 500 километра, в сравнение с 2377 километра на Плутон. Освен това, орбитата на 2002 XV93 е структурирана подобно на тази на Плутон: за времето, необходимо на Нептун да направи три обиколки около Слънцето, двете тела успяват да направят точно две. Поради това свойство астрономите класифицират 2002 XV93 като плутино, представляващо малки тела, чието движение е синхронизирано с това на Нептун, точно както на Плутон.
Плутон е достатъчно масивен, за да задържи тънка атмосфера, наречена екзосфера. Това се случва, когато е най-близо до Слънцето, в точка от орбитата си, която астрономите наричат перихелий. Ледът на повърхността му представлява молекулярен азот, метан и въглероден оксид (CO), който се нагрява от слънчевите лъчи и се изпарява директно в газ, заобикаляйки течното състояние. След това, когато Плутон се отдалечава от Слънцето по своята 248-годишна орбита, газовете се охлаждат и се утаяват обратно на повърхността като лед. Средното налягане в атмосферата на Плутон е около 10 микробара, приблизително 50–100 пъти по-голямо от това на новооткритата газова обвивка на 2002 XV93, но все пак близо 100 000 пъти по-ниско от земното. Никое друго тяло в пояса на Кайпер не е откривано с атмосфера, въпреки че астрономите са засекли емисии на метан на съседната на Плутон планета джудже, Макемаке.
Съставът на атмосферата на 2002 XV93 е неизвестен. Подобно на Плутон, може да се очаква азот със следи от метан и CO2, но по-ранни наблюдения от космическия телескоп „Джеймс Уеб“ на НАСА не успяха да открият тези ледове на повърхността на тялото. А при температури само 40–50 градуса над абсолютната нула, което е около минус 220 градуса по Целзий, водният лед и замръзналият въглероден диоксид също не могат да се изпарят и да се превърнат в газ.
И така, откъде се е появила атмосферата? Екипът на Аримацу предлага две теории. Едната е, че комета се е сблъскала с (612533) 2002 XV93, носейки със себе си газове. Поради слабата си гравитация обаче, такава атмосфера би избягала в космоса за по-малко от хиляда години. Ако тази теория е вярна, ние сме имали изключителен късмет да наблюдаваме обекта веднага след това рядко събитие. Другата теория е, че ледовете се намират под повърхността и са били изхвърлени от криовулканична активност, но какво захранва този лед върху такова студено и малко тяло, остава загадка.
Какъвто и да е отговорът, откритието оспорва предишните идеи за това кои светове биха могли да запазят атмосфера. „Това откритие предполага, че традиционният възглед, че глобалните плътни атмосфери се образуват само около големи планети, трябва да бъде преосмислен“, пише екипът на Аримацу в своята статия. Следващата задача е да се определи от какво е съставена тази обвивка. Джеймс Уеб е най-подходящ за тази работа. Наблюдението на това как плътността ѝ се променя с течение на времето също ще хвърли светлина. Ако плътността намалее през следващите години, това означава, че газовете постепенно излизат в космоса, което благоприятства кометен сблъсък. Ако плътността остане непроменена, обвивката вероятно се попълва от нещо от самата 2002 XV93. С други думи, криовулкани изригвания на ледени вулкани, които изхвърлят не магма, а смес от газове и замръзнали летливи вещества са правилната теория.