27 nye objekter hinsides Neptun udfordrer teorier om Solsystemets fødsel

27 nyopdagede verdener hinsides Neptun giver astronomer et usædvanligt direkte indblik i nogle af Solsystemets mindste overlevende byggesten. Et fælles observationsprogram med James Webb-rumteleskopet og Hubble-rumteleskopet har fundet, at der er færre ultrakleine transneptunske objekter (TNO'er) end forventet – samtidig med at deres farver stadig afspejler de forskellige befolkningsgrupper, de oprindeligt blev dannet i. 1

Det er netop den kombination, der gør fundet interessant. En proces, som effektivt har fjernet mange små legemer, kunne også forventes at have blandet eller fornyet deres overflader. De nye data peger i stedet på, at selv meget små TNO'er kan bevare spor af deres tidlige omgivelser.

Hvad teleskoperne fandt

Undersøgelsen identificerede 27 tidligere ukendte TNO'er i Kuiperbæltet, den brede zone af isrige smålegemer uden for Neptuns bane. Nogle af dem er blandt de mindste og svageste TNO'er, der hidtil er observeret direkte. Resultaterne er fremlagt i to supplerende artikler i The Astronomical Journal. 15

Webb leverede dybe infrarøde observationer, blandt andet med instrumentet Near-Infrared Camera (NIRCam), mens Hubble bidrog med observationer i synligt lys. Sammen gjorde målingerne det muligt at undersøge objekternes farver og baner. 13

Objekterne kan ikke ses som egentlige skiver, men kun som lyspunkter. Deres størrelser udledes derfor af deres lysstyrke og afhænger af antagelser om, hvor meget lys deres overflader reflekterer – deres albedo. Resultatet er dermed særligt stærkt som et billede af en samlet population, ikke som præcise fysiske målinger af hvert enkelt objekt. 1

En uventet mangel på små legemer

Kortlægningen når længere ned i TNO'ernes lysstyrkefordeling end tidligere direkte søgninger. Analysen viser, at de mindste legemer er mindre talrige, end man ville forvente ved blot at forlænge tendensen fra større TNO'er. 13

Det udfordrer modeller for, hvordan planetesimaler – de tidlige faste byggesten til planeter – blev dannet og senere udviklede sig i det ydre Solsystem. Fundet afgør dog ikke i sig selv, hvorfor de små objekter mangler.

Der er fortsat to hovedforklaringer:

1. Oprindelig knaphed: Processen, der dannede planetesimaler, skabte muligvis færre helt små objekter, end mange modeller forudsiger.
2. Senere udtynding: Små legemer kan oprindeligt have været langt mere almindelige, men senere være blevet knust, fjernet eller på anden vis reduceret gennem kollisioner og dynamisk udvikling. 1

Farverne er det afgørende spor

Farver målt i synligt og infrarødt lys fungerer som et groft fingeraftryk af TNO'ernes overfladeegenskaber. De nye objekter viderefører den sammenhæng, som allerede er set hos større TNO'er: Legemer i dynamisk kolde populationer har et andet farvemønster end objekter i dynamisk varme populationer. 1

Her betyder dynamisk kold ikke, at objekterne har en lavere fysisk temperatur. Udtrykket dækker over baner, der er mindre forstyrrede, for eksempel med lavere hældning i forhold til Solsystemets plan. Dynamisk varme objekter har mere ophidsede baner og forbindes generelt med populationer, som blev flyttet eller forstyrret under Solsystemets tidlige udvikling.

Det vigtige er, at farveforskellen mellem grupperne også ses blandt de nyopdagede, ekstremt små objekter. Det tyder på, at deres overflader ikke er blevet fuldstændig overskrevet af nedslag, erosion eller andre processer gennem Solsystemets historie. 12

Et problem for modellerne af Kuiperbæltet

Størrelsesfordelingen og farverne skal forklares på samme tid.

Hvis manglen på små TNO'er er oprindelig, skal modellerne kunne forklare, hvorfor der blev dannet relativt få små planetesimaler, uden at de særskilte overflade- og sammensætningshistorier for de kolde og dynamisk varme populationer forsvinder.

Hvis kollisioner senere har fjernet mange små legemer, må de samme processer have reduceret antallet uden at udviske farveforskellene, som peger tilbage på forskellige fødemiljøer. Det gør resultatet til en skarp begrænsning for både Kuiperbæltets oprindelige størrelsesfordeling og hvor voldsomt området efterfølgende har udviklet sig. 1

Forskerne – og undersøgelsens begrænsninger

De to supplerende analyser blev ledet af ph.d.-forskerne Anastasia N. Morgan og Marielle R. Eduardo. Den ene forskningslinje fokuserede på lysstyrkefordelingen blandt de ultrafjerne TNO'er, mens den anden undersøgte farver, sammensætning og betydningen af objekternes dynamiske befolkningsgrupper. 357

Forskerne beskriver programmet som den hidtil dybeste TNO-undersøgelse. Den flytter direkte observationer ind i et område, der tidligere hovedsageligt blev vurderet ud fra lysere objekter og statistiske fremskrivninger. 1

Men 27 opdagelser i et begrænset udsnit af himlen er ikke en komplet optælling af Kuiperbæltet. Undersøgelsen kan endnu ikke fastslå nøjagtige diametre, albedoer, detaljerede sammensætninger eller den endelige årsag til underskuddet af små objekter. Dens stærkeste konklusioner gælder udviklingstendenser i populationen – og giver et mere krævende grundlag for fremtidige modeller af planetesimaldannelse og kollisionsudvikling. 114

Hovedpointen er derfor ikke kun, at astronomerne har fundet 27 svage objekter. De små verdener synes både at være fåtallige og at bevare en slags hukommelse: Deres antal udfordrer forventningerne, mens deres farver stadig bærer tegn på, hvor de kom fra.