Webb och Hubble hittar 27 pyttesmå världar som bevarat spår från solsystemets början

Tjugosju nyupptäckta objekt bortom Neptunus ger astronomerna en ovanligt direkt inblick i solsystemets minsta bevarade byggstenar. Ett samordnat observationsprogram med rymdteleskopen James Webb och Hubble visar att mycket små transneptunska objekt, TNO:er, är färre än vad man hade väntat sig – samtidigt som deras färger fortfarande bär spår av de skilda miljöer där de bildades. 1

Det är just kombinationen som gör resultatet intressant. En process som effektivt har minskat antalet små kroppar skulle också kunna ha förändrat eller blandat om deras ytor. I stället tyder observationerna på att även de allra minsta TNO:erna kan ha bevarat ledtrådar från solsystemets tidiga historia.

27 nya objekt i Kuiperbältet

Kartläggningen hittade 27 tidigare okända TNO:er i Kuiperbältet, den vidsträckta populationen av isiga kroppar bortom Neptunus. Några hör till de minsta och svagaste TNO:er som hittills har observerats direkt. Resultaten presenteras i två kompletterande artiklar i The Astronomical Journal. 15

Webb bidrog med djupa infraröda observationer, bland annat med instrumentet Near-Infrared Camera, NIRCam. Hubble observerade i synligt ljus, vilket hjälpte forskarna att studera objektens färger och banor. 13

Objekten syns inte som upplösta skivor ens i dessa teleskop, utan som ljussvaga punkter. Storlekarna uppskattas därför utifrån ljusstyrkan och antaganden om reflektivitet, så kallad albedo. Studien ger därmed framför allt ett starkt resultat om hela populationen, snarare än exakta fysiska mått för varje enskilt objekt. 1

Oväntat få av de minsta kropparna

Undersökningen når längre ned i TNO:ernas ljusstyrkefördelning än tidigare direkta sökningar. Resultatet visar att de minsta kropparna verkar vara mindre vanliga än vad en enkel extrapolering från större TNO:er skulle förutsäga. 13

Det utmanar modeller för hur planetesimaler – de tidiga fasta byggstenarna till planeter – bildades och utvecklades i solsystemets yttre delar. Studien kan dock inte ensam avgöra varför de små objekten är så få.

Två huvudförklaringar är fortfarande möjliga:

1. Ursprunglig brist: Processen som bildade planetesimaler kan från början ha skapat färre mycket små kroppar än många modeller antar.
2. Senare utarmning: De små kropparna kan tidigare ha varit fler, men sedan ha slagits sönder eller försvunnit genom kollisioner och senare dynamisk utveckling. 1

Färgerna ger den viktiga ledtråden

Färger i synligt och infrarött ljus fungerar som ett grovt fingeravtryck av TNO:ernas ytegenskaper. De nya objekten följer samma samband mellan färg och dynamisk population som tidigare har setts hos större TNO:er: kroppar i dynamiskt kalla populationer har ett annat färgmönster än dem i dynamiskt heta populationer. 1

Här betyder dynamiskt kall inte låg temperatur. Det syftar på banor som är mindre störda, till exempel med låg lutning. Dynamiskt heta objekt rör sig i mer exciterade banor och kopplas i allmänhet till populationer som flyttats eller störts under solsystemets tidiga utveckling.

Det centrala är att detta färgmönster finns kvar även hos de nyupptäckta, extremt små objekten. Deras ytor verkar alltså inte ha skrivits över helt av nedslag, erosion eller andra processer under solsystemets historia. 12

Ett problem för modellerna av Kuiperbältet

Storleksfördelningen och färgerna måste förklaras samtidigt.

Om bristen på små TNO:er är ursprunglig behöver modellerna för planetesimalbildning förklara varför så få små kroppar skapades, samtidigt som kalla och dynamiskt heta populationer fick skilda ytsammansättningar.

Om många små kroppar i stället försvann senare genom kollisioner måste dessa processer ha minskat deras antal utan att radera färgskillnaderna som pekar mot olika födelsemiljöer. Det är den spänningen som gör resultaten särskilt användbara: de sätter gränser både för Kuiperbältets ursprungliga storleksfördelning och för hur våldsamt området kan ha utvecklats efteråt. 1

Djupaste studien hittills – men inte en fullständig kartläggning

De kompletterande analyserna leddes av doktoranderna Anastasia N. Morgan och Marielle R. Eduardo. Den ena forskningslinjen fokuserade på de ytterst svaga TNO:ernas ljusstyrkefördelning, den andra på färg, sammansättning och tolkningen av de dynamiska populationerna. 357

Forskarna beskriver programmet som den djupaste TNO-studien hittills. Den för direkta observationer in i ett storleksområde som tidigare främst har uppskattats utifrån ljusare objekt. 1

Men 27 upptäckter inom ett begränsat observerat område är inte en fullständig folkräkning av Kuiperbältet. Studien kan ännu inte fastställa exakta diametrar, albedon, detaljerade sammansättningar eller den slutliga orsaken till underskottet av små objekt. Slutsatserna är starkast som belägg för trender i populationen – och som ett skarpare test för nästa generation modeller av planetesimalbildning och kollisioners betydelse. 114

Den viktigaste slutsatsen är alltså inte bara att astronomerna hittat 27 svaga objekt. De små världarna tycks både vara färre än väntat och bära på ett slags minne: antalet utmanar teorierna, medan färgerna fortfarande antyder var de en gång uppstod.