Teleskop Jamese Webba odhaluje ledová tajemství zrodu Sluneční soustavy

Vědci z University of Central Florida (UCF) významně změnili naše chápání vzniku Sluneční soustavy díky převratným objevům v oblasti transneptunických objektů (TNO) a kentaurů. S využitím vesmírného dalekohledu Jamese Webba (JWST) studie odhaluje složité molekulární složení těchto nebeských těles a sleduje jejich vývojové cesty od chladných okrajů Sluneční soustavy až po jejich dynamickou roli kentaurů v blízkosti Slunce.

Odhalování záhad transneptunických objektů
Nový výzkum z University of Central Florida poskytuje jasnější představu o tom, jak se formovala a vyvíjela vnější Sluneční soustava, a to díky detailním analýzám transneptunických objektů (TNO) a kentaurů. Studie publikovaná 19. prosince 2024 v časopise Nature Astronomy odhaluje rozložení ledu v rané Sluneční soustavě a vysvětluje, jak se TNO mění při pohybu směrem dovnitř k obřím planetám a v oblasti mezi Jupiterem a Saturnem přecházejí v kentaury.

TNO jsou malá nebeská tělesa, často označovaná jako „planetesimály“, která obíhají kolem Slunce za Plutem. Tyto dávné pozůstatky se nikdy nespojily v planety a fungují jako nedotčené časové kapsle, které uchovávají klíčové důkazy o molekulárních procesech a migraci planet, jež formovaly Sluneční soustavu před miliardami let. Tato tělesa jsou srovnatelná s ledovými planetkami a mají dráhy podobné nebo dokonce vzdálenější než Neptun.

Rozluštění složení TNO
Před novou studií vedenou UCF bylo známo, že TNO jsou rozmanitou populací na základě jejich orbitálních vlastností a povrchových barev, ale molekulární složení těchto objektů zůstávalo nedostatečně prozkoumané. Tento nedostatek podrobných znalostí po desetiletí bránil interpretaci jejich barevné a dynamické rozmanitosti. Nové výsledky nyní odkrývají dlouholetou otázku interpretace barevné rozmanitosti tím, že poskytují informace o složení.

„Díky tomuto novému výzkumu je obraz rozmanitosti úplnější a jednotlivé dílky skládačky se začínají skládat dohromady,“ říká Noemí Pinilla-Alonso, hlavní autorka studie. „Vůbec poprvé jsme identifikovali konkrétní molekuly, které jsou zodpovědné za pozoruhodnou rozmanitost spekter, barev a albeda pozorovaných u transneptunických objektů,“ říká Pinilla-Alonso. „Tyto molekuly – jako vodní led, oxid uhličitý, metanol a složité organické látky – nám umožňují určit přímou souvislost mezi spektrálními vlastnostmi TNO a jejich chemickým složením.“

Převratné objevy s JWST
Pomocí vesmírného dalekohledu Jamese Webba vědci zjistili, že TNO lze rozdělit do tří odlišných skupin podle složení, které se utvářely v době, kdy se před miliardami let formovala Sluneční soustava.

Tyto dráhy jsou označeny jako oblasti, kde byla teplota dostatečně nízká na to, aby se v protoplanetárním disku vytvořil a přežil specifický led. Oblasti vymezené vzdáleností od Slunce označují klíčové body teplotního gradientu rané Sluneční soustavy a nabízejí přímou souvislost mezi podmínkami vzniku planetek a jejich dnešním složením.

Rosario Brunetto, druhý autor článku a výzkumný pracovník Centre National de la Recherche Scientifique v Institute d'Astrophysique Spatiale (Université Paris-Saclay), říká, že výsledky jsou prvním jasným spojením mezi vznikem planetesimál v protoplanetárním disku a jejich pozdějším vývojem. Práce podle něj vrhá světlo na to, jak vzniklo dnes pozorované spektrální a dynamické rozložení v planetárním systému, který je utvářen složitým dynamickým vývojem.

„Složení skupin TNO není rovnoměrně rozloženo mezi objekty s podobnými oběžnými dráhami,“ říká Brunetto. „Například chladná tělesa, která se zformovala v nejvzdálenějších oblastech protoplanetárního disku, patří výhradně do třídy s převahou metanolu a složitých organických látek. Naproti tomu TNO na drahách spojených s Oortovým oblakem, které vznikly blíže k obřím planetám, patří všechny do spektrální skupiny charakterizované vodním ledem a křemičitany.“

Brittany Harvisonová, doktorandka fyziky na UCF, která na projektu pracovala během studia pod vedením Pinilla-Alonso, říká, že tři skupiny definované podle složení povrchu vykazují vlastnosti, které naznačují strukturu složení protoplanetárního disku. „To podporuje naše chápání dostupného materiálu, který pomohl vytvořit tělesa vnější Sluneční soustavy, jako jsou plynní obři a jejich měsíce nebo Pluto a další obyvatelé transneptunické oblasti,“ říká Harvisonová.

Pohled na transformaci kentaurů
V doplňkové studii kentaurů publikované ve stejném svazku časopisu Nature Astronomy vědci objevili unikátní spektrální signatury, odlišné od TNO, které odhalují přítomnost prachových plášťů z regolitu na jejich povrchu.

Toto zjištění o kentaurech, což jsou TNO, které po těsném gravitačním setkání s Neptunem posunuly své dráhy do oblasti obřích planet, pomáhá objasnit, jak se z TNO stávají kentauři, když se při přibližování ke Slunci zahřívají a někdy se u nich vytvářejí ohony podobné kometám.

Přechodná povaha kentaurů
Práce astronomů odhalila, že všechny pozorované povrchy kentaurů vykazují zvláštní charakteristiky ve srovnání s povrchy TNO, což naznačuje, že k modifikacím došlo v důsledku jejich cesty do vnitřní Sluneční soustavy.

Podle Pinilly-Alonso byly v populaci kentaurů pozorovány dvě ze tří tříd povrchů TNO – Bowl a Cliff, které jsou chudé na těkavé ledy (třetí skupina má označení Double Dip – viz obrázek v úvodu článku). U kentaurů však tyto povrchy vykazují charakteristický rys: jsou pokryty vrstvou prachového regolitu promíchaného s ledem. „Zajímavé je, že jsme identifikovali novou třídu povrchů, která se mezi TNO nevyskytuje a připomíná povrchy chudé na led ve vnitřní Sluneční soustavě, kometární jádra a aktivní planetky,“ říká Pinilla-Alonso.

Javier Licandro, vedoucí výzkumný pracovník Instituto de Astrofisica de Canarias (IAC, Tenerife, Španělsko) a hlavní autor práce o kentaurech, říká, že spektrální rozmanitost pozorovaná u kentaurů je větší, než se očekávalo, což naznačuje, že stávající modely jejich tepelného a chemického vývoje mohou potřebovat zpřesnění. Licandro říká, že například rozmanitost pozorovaných organických stop a míra vlivu ozáření nebyly zcela očekávány.

„Rozmanitost zjištěná v populacích kentaurů z hlediska vody, prachu a složitých organických látek naznačuje různý původ v populaci TNO a různá vývojová stadia, což zdůrazňuje, že kentauři nejsou homogenní skupinou, ale spíše dynamickými a přechodnými objekty,“ říká Licandro. „Vliv tepelné evoluce pozorovaný ve složení povrchu kentaurů je klíčový pro stanovení vztahu mezi TNO a populacemi jiných malých těles, jako jsou nepravidelné satelity obřích planet a jejich trojanské planetky.“

Zdroj: https://scitechdaily.com/james-webb-telescope-unveils-the-icy-secrets-of-our-solar-systems-birth/ a https://www.ucf.edu/news/james-webb-space-telescope-offers-best-glimpse-ever-into-the-icy-planetesimals-of-the-early-solar-system/

autor: František Martinek