Webb og Hubble fant 27 bittesmå verdener som fortsatt bærer spor fra solsystemets barndom

27 nyoppdagede, iskalde småverdener utenfor Neptun gir astronomene et sjeldent innblikk i solsystemets minste bevarte byggesteiner. Et felles program med James Webb-romteleskopet og Hubble-romteleskopet viser at svært små transneptunske objekter (TNO-er) er mindre tallrike enn ventet – samtidig som de ser ut til å ha bevart fargemønstre knyttet til miljøet de ble dannet i. 1

Det er nettopp denne kombinasjonen som gjør resultatet interessant. En prosess som har fjernet mange små objekter, kunne også ha endret eller blandet overflatene deres. Likevel tyder de nye målingene på at selv de minste TNO-ene fortsatt kan bære med seg spor fra solsystemets tidlige historie.

27 nye objekter i Kuiperbeltet

Undersøkelsen identifiserte 27 tidligere ukjente TNO-er i Kuiperbeltet, den vidstrakte samlingen av islegemer utenfor Neptun. Noen av dem er blant de minste og svakeste TNO-ene som hittil er sett direkte. Resultatene er presentert i to utfyllende artikler i The Astronomical Journal. 15

Webb leverte svært dype infrarøde observasjoner med blant annet instrumentet Near-Infrared Camera (NIRCam). Hubble bidro med observasjoner i synlig lys, som gjorde det mulig å undersøke farger og baner. 13

Objektene framstår ikke som oppløste skiver på teleskopbildene, men som lyssvake punkter. Størrelsene beregnes derfor ut fra lysstyrken, og avhenger av antakelser om hvor mye lys overflatene reflekterer – albedo. Resultatet er først og fremst et sterkt funn om hele populasjonen, ikke endelige fysiske mål for hvert enkelt objekt. 1

Færre av de aller minste enn ventet

Kartleggingen går dypere ned i lysstyrkefordelingen for TNO-er enn tidligere direkte søk. Analysen viser at de minste legemene er sjeldnere enn en enkel framskriving fra større TNO-er skulle tilsi. 13

Dette utfordrer modeller for hvordan planetesimaler – de tidlige, faste byggesteinene til planeter – ble dannet og utviklet i det ytre solsystemet. Funnene peker ikke alene på én bestemt årsak, men to forklaringer står igjen som mulige:

1. Opprinnelig mangel: Dannelsen av planetesimaler kan ha produsert færre svært små objekter enn mange modeller forutsetter.
2. Senere uttynning: Små legemer kan opprinnelig ha vært vanligere, men senere ha blitt knust i kollisjoner eller fjernet gjennom dynamisk utvikling. 1

Fargene er det viktige sporet

Farger målt i synlig og infrarødt lys fungerer som et grovt fingeravtrykk av TNO-enes overflateegenskaper. De nye objektene følger den samme sammenhengen mellom farge og banepopulasjon som tidligere er sett blant større TNO-er: Objekter i dynamisk kalde populasjoner har et annet fargemønster enn objekter i dynamisk varme populasjoner. 1

Her handler «kald» og «varm» ikke om temperatur. Dynamisk kalde objekter har relativt lite forstyrrede baner, for eksempel lav banehelling. Dynamisk varme objekter har mer eksiterte baner og knyttes gjerne til populasjoner som ble flyttet på eller forstyrret i solsystemets tidlige utvikling.

Det sentrale er at dette fargeskillet også finnes blant de nyobserverte, svært små objektene. Overflatene deres ser dermed ikke ut til å være fullstendig overskrevet av nedslag, erosjon eller andre prosesser gjennom solsystemets historie. 12

En krevende test for modellene

Størrelsesfordelingen og fargene må forklares samtidig.

Dersom mangelen på små TNO-er er opprinnelig, må modeller for dannelse av planetesimaler kunne forklare både lav produksjon av de minste legemene og hvorfor kalde og dynamisk varme populasjoner fikk ulike overflatehistorier.

Dersom mange små objekter i stedet ble fjernet senere, må kollisjoner og beslektede prosesser ha redusert antallet uten å viske ut fargeforskjellene som peker mot ulike dannelsesmiljøer. Nettopp denne spenningen gjør funnet verdifullt: Det setter grenser både for Kuiperbeltets opprinnelige størrelsesfordeling og hvor voldsom den senere utviklingen kan ha vært. 1

Dypeste undersøkelse – men ikke en full opptelling

De utfyllende analysene ble ledet av doktorgradsforskerne Anastasia N. Morgan og Marielle R. Eduardo. Den ene forskningslinjen undersøkte lysstyrkefordelingen til de ultrasvake TNO-ene, mens den andre tok for seg farger, sammensetning og tolkningen av de dynamiske populasjonene. 357

Forskerne omtaler programmet som den dypeste TNO-undersøkelsen til nå. Den flytter direkte observasjoner inn i et område som tidligere i stor grad måtte anslås ut fra lysere objekter. 1

Men 27 oppdagelser i et begrenset utsnitt av himmelen er ikke en fullstendig kartlegging av Kuiperbeltet. Studien kan foreløpig ikke fastslå nøyaktige diametre, albedoer, detaljerte sammensetninger eller den endelige årsaken til underskuddet av små objekter. Konklusjonene er sterkest som dokumentasjon av trender i en populasjon – og som en skarpere test for neste generasjon modeller for planetesimaldannelse og kollisjonsutvikling. 114

Hovedpoenget er derfor mer enn tallet 27: De små verdenene synes både å være uvanlig få og å ha et langt minne. Antallet utfordrer forventningene, mens fargene fortsatt kan bevare informasjon om hvor de kom fra.