Drobné světy za Neptunem možná stále nesou stopu zrodu Sluneční soustavy

Nejmenší dosud přímo pozorované světy za drahou Neptunu začínají prověřovat zažitou představu o Kuiperově pásu. Pokud by v něm po dlouhou dobu intenzivně převládaly srážky, měly by větší objekty vytvářet velké množství drobných úlomků a jejich povrchy by se opakovaně obnovovaly. Společný průzkum Hubbleova a Vesmírného dalekohledu Jamese Webba ale ukázal méně velmi slabých transneptunických těles (TNO), než se čekalo. Jejich barvy přitom připomínají větší objekty ze stejných dynamických populací. Malá tělesa tak možná uchovávají záznam o vzniku planetesimál v prvotním vnějším disku Sluneční soustavy. 112

Co teleskopy objevily

Webbova kamera NIRCam nalezla 27 dosud neznámých slabých TNO na ploše zhruba 0,05 čtverečního stupně. Jde o tělesa s odhadovaným průměrem pod 40 km; jedno z nich má přibližně 10 km. Hubble ve viditelném světle znovu zachytil 13 Webbových objevů, takže pro tuto část vzorku bylo možné spojit měření od viditelného až po blízké infračervené záření. 112

Z Webbových detekcí vychází sklon funkce svítivosti na slabém konci přibližně 0,29. Zjednodušeně: s klesajícím jasem — a obvykle i velikostí — objektů jejich počet roste, avšak pomaleji, než by odpovídalo prostému prodloužení trendu známého od větších těles. V datech je proto malých objektů méně, než předvídaly některé modely vzniku planet a vývoje Kuiperova pásu. 12

Proč je nedostatek malých těles podstatný

Dlouhodobě aktivní kolizní kaskáda by měla produkovat velké množství malých úlomků. Mělké rozdělení slabých objektů samo o sobě neurčuje jedinou příčinu, oslabuje však nejjednodušší výklad, podle něhož jsou pozorovaná drobná TNO hlavně rozdrceným zbytkem větších těles. 12

Možných vysvětlení je několik a mohou se navzájem doplňovat:

• kolizní eroze mohla být méně účinná nebo trvat kratší dobu, než část modelů předpokládá;
• nejmenší dostupná TNO nemusí být převážně úlomky po srážkách;
• jejich početnost může nést otisk počátečního procesu, který v rané Sluneční soustavě vytvářel planetesimály — základní stavební kameny planet. 12

Pozornost se tím přesouvá od samotných srážek k počátečním podmínkám vzniku planetesimál. Úspěšný model nyní musí vysvětlit nejen dráhy těles ve vnější Sluneční soustavě, ale také pozorovaný nedostatek nejmenších objektů v tomto mimořádně hlubokém průzkumu.

„Studená“ a „horká“ populace mají podobné rozdělení velikostí

TNO se často rozdělují podle chování jejich drah. Dynamicky studená populace se typicky pohybuje po relativně stabilních, málo skloněných a téměř kruhových drahách. Dynamicky horká populace má naopak více vybuzené či rozptýlené dráhy, spojené s pozdějším dynamickým vývojem Sluneční soustavy.

Přestože mají obě skupiny odlišnou historii, průzkum u nich zjistil podobné rozdělení velikostí malých objektů. Takový výsledek není samozřejmý, pokud by vznikaly ve výrazně odlišných podmínkách a následně prošly velmi rozdílným kolizním zpracováním. Jedna z interpretací říká, že proces vzniku planetesimál vytvořil v různých oblastech prvotního disku obecně podobné spektrum velikostí malých těles. 112

Barvy naznačují, že povrchy nebyly důkladně „přepsány“

Díky 13 objektům znovu zachyceným Hubbleem mohl tým porovnat jejich barvy ve viditelném a blízkém infračerveném oboru. Malá TNO nevykazují silně promíchaný ani systematicky pozměněný soubor barev. Místo toho sledují stejné vztahy závislé na příslušné populaci, jaké jsou známy u větších objektů. 113

To je slučitelné se dvěma nevylučujícími se možnostmi: srážky schopné obnovit povrch celého takového tělesa mohly být vzácnější, než se čekalo, anebo srážky nedokážou materiály odpovědné za barevné projevy odstranit tak účinně, jak předpokládají modely. 113

Zvlášť důležité je to pro gravitačně rozptýlené objekty. Gravitační interakce mohou jejich dráhy výrazně změnit, pozorované barevné vztahy však ukazují, že přesun na jinou dráhu nemusí vymazat záznam o složení povrchu. Stabilní i dynamicky vybuzená TNO tak mohou stále nést stopy rozdílných míst svého zrodu v rané vnější Sluneční soustavě. 113

Kdo vedl navazující analýzy

Dvě propojené analýzy vedly doktorandky. Anastasia N. Morgan z Northern Arizona University vedla práci, která spojila snímky z Webbu a Hubblea pro určení barev a vlastností povrchů malých TNO od viditelného po blízké infračervené záření. Marielle R. Eduardo z University of Victoria vedla analýzu funkce svítivosti, tedy rozdělení objektů podle jasnosti, z níž vzešel mělký sklon a omezení početnosti malých těles. 1213

Společné použití obou observatoří bylo klíčové: Webb dokázal proniknout k mimořádně slabým infračerveným zdrojům, zatímco Hubble dodal měření ve viditelném světle pro část stejného souboru. 112

Co průzkum zatím nerozhodne

Jde o rekordně hluboký průzkum, nikoli o úplné sčítání těles ve vnější Sluneční soustavě. Závěry vycházejí z 27 objektů nalezených Webbem, 13 objektů znovu změřených ve viditelném světle a z oblasti o rozloze jen asi 0,05 čtverečního stupně. Zobecnění omezují také výběrové efekty při detekci a opětovném zachycení, krátké pozorované úseky drah i nejistota při přepočtu jasnosti na průměr, která závisí na předpokládané odrazivosti povrchu. 112

Studie proto zatím neurčuje konečné rozdělení velikostí TNO pro celou Sluneční soustavu ani jednoznačně nevybírá mezi všemi mechanismy vzniku planetesimál. Rozmezí zhruba 10 až 40 km navíc představuje jen malou část mnohem rozsáhlejší populace těchto objektů. 112

Fosilní záznam dávného protoplanetárního disku

Hlavní význam výsledku spočívá v tom, že tělesa dosud popisovaná hlavně pomocí extrapolací se stávají přímým pozorovacím důkazem. Jejich početnost, dráhy a barvy společně omezují možné scénáře, jak vnější protoplanetární disk vytvořil planetesimály a nakolik je později změnily srážky a migrace planet. 112

Větší společné průzkumy mohou ověřit, zda se mělké rozdělení malých objektů a zachované barevné vztahy opakují i v dalších oblastech Kuiperova pásu. Pokud ano, mohou se drobná TNO ukázat jako mimořádně odolné fyzické fosilie nejranější éry Sluneční soustavy. 112