«Уэбб» и «Хаббл» нашли 27 крошечных миров за Нептуном

Двадцать семь новых миров за орбитой Нептуна дали астрономам редкую возможность заглянуть в прошлое Солнечной системы. Совместная программа космических телескопов «Джеймс Уэбб» и «Хаббл» выявила чрезвычайно тусклые транснептуновые объекты (ТНО) в поясе Койпера — обширной области ледяных тел за Нептуном. Их оказалось меньше, чем предсказывало простое продолжение распределения более крупных объектов. Но при этом их поверхности всё ещё несут цветовые признаки среды рождения. 1

Именно это сочетание делает результат важным. Процессы, способные заметно сократить число малых тел, могли бы заодно «переписать» их поверхность ударами и выбросами вещества. Наблюдения, напротив, показывают: даже очень маленькие ТНО способны сохранить следы ранних условий Солнечной системы.

Что увидели два телескопа

В ходе обзора были найдены 27 ранее неизвестных ТНО; некоторые относятся к числу самых маленьких и самых тусклых объектов этого класса, обнаруженных прямыми наблюдениями. Результаты представлены в двух взаимодополняющих статьях в The Astronomical Journal. 15

«Уэбб» обеспечил глубокие наблюдения в инфракрасном диапазоне, в том числе с помощью камеры ближнего инфракрасного диапазона NIRCam. «Хаббл» добавил наблюдения в видимом свете, позволившие исследовать цвета объектов и их орбиты. 13

Сами тела телескопы не видят как диски: на изображениях это точки света. Поэтому размеры оценивают по яркости, а оценка зависит от принятого альбедо — способности поверхности отражать свет. Работа особенно сильна как исследование свойств всей популяции, а не как точное измерение диаметра каждого отдельного объекта. 1

Малых тел меньше ожидаемого

Наблюдения проникли в область яркостей, которая прежде была недоступна для прямых поисков ТНО. Анализ функции светимости — распределения объектов по наблюдаемой яркости — показывает нехватку самых маленьких тел по сравнению с ожиданиями, полученными экстраполяцией данных о более крупных ТНО. 13

Это создаёт проблему для моделей происхождения планетезималей — твёрдых зародышей будущих планет — и дальнейшей эволюции внешней части Солнечной системы. Однако данные сами по себе ещё не устанавливают причину дефицита.

Пока остаются две основные возможности:

1. Первичная нехватка. В начале истории Солнечной системы процесс образования планетезималей мог создавать меньше совсем малых тел, чем предполагают многие модели.
2. Позднее истощение. Малых объектов изначально могло быть больше, но затем столкновения и динамическая эволюция преимущественно разрушили или удалили их. 1

Цвета сохранили память о происхождении

Цвета, измеренные в видимом и инфракрасном диапазонах, служат приблизительным «отпечатком» свойств поверхности ТНО. Новые объекты продолжают закономерность, известную для больших тел: у динамически холодных популяций цветовой рисунок отличается от того, что наблюдается у динамически горячих популяций. 1

В этом случае «холодные» и «горячие» не описывают температуру. Динамически холодными называют тела на сравнительно спокойных, в частности мало наклонённых, орбитах. Динамически горячие объекты движутся по более возмущённым орбитам; их обычно связывают с популяциями, перемещёнными или потревоженными в ходе ранней перестройки Солнечной системы.

Главный вывод состоит в том, что различия цветов, связанные с этими группами, сохраняются и у чрезвычайно малых тел. Значит, последующие столкновения, эрозия и другие процессы не полностью стёрли сведения об их раннем окружении. 12

Почему это усложняет модели пояса Койпера

Распределение по размерам и данные о цветах нужно объяснить одновременно.

Если нехватка малых ТНО существовала с самого начала, модели формирования должны показать, почему небольших планетезималей рождалось сравнительно мало — и почему при этом холодная и горячая популяции получили разные поверхностные свойства.

Если же малые тела были уничтожены позже, столкновения и связанные с ними процессы должны были уменьшить их число, не уничтожив цветовые различия, указывающие на разные области рождения. Именно это противоречие превращает новые данные в жёсткую проверку моделей: они ограничивают и исходное распределение размеров в поясе Койпера, и степень его последующей коллизионной переработки. 1

Кто проводил исследование и чего оно пока не может сказать

Два взаимодополняющих анализа возглавили аспиранты Анастасия Н. Морган и Мариэль Р. Эдуардо. Одна линия работ посвящена функции светимости сверхтусклых ТНО, другая — их цветам, составу и связи с динамическими популяциями. 357

Исследователи называют программу самым глубоким на сегодня обзором ТНО. Она впервые напрямую изучает диапазон, который прежде оценивали главным образом по более ярким объектам. 1

Но 27 находок на небольшом участке неба — это ещё не полная перепись пояса Койпера. Наблюдения пока не позволяют окончательно определить точные диаметры, альбедо, детальный состав объектов или главную причину нехватки малых тел. Их ключевая ценность — надёжные признаки общих тенденций и более строгие ограничения для следующих моделей формирования планетезималей и столкновительной эволюции. 114

Суть открытия не только в 27 новых слабых точках на снимках. Эти маленькие миры одновременно оказались редкими и удивительно «памятливыми»: их количество не соответствует простым ожиданиям, а цвета всё ещё хранят сведения о том, где они возникли.