27 нових об’єктів поясу Койпера зберегли пам’ять про ранню Сонячну систему

Двадцять сім нововиявлених світів за орбітою Нептуна дають рідкісну можливість зазирнути до найменших уцілілих «цеглинок» ранньої Сонячної системи. Спільна програма космічних телескопів James Webb і Hubble показала: надзвичайно тьмяних транснептунових об’єктів (ТНО) малого розміру менше, ніж очікували. Водночас їхні кольори й далі несуть ознаки різних популяцій, у яких ці тіла сформувалися. 1

Саме це поєднання робить результат важливим. Процес, здатний прибрати велику частину дрібних тіл, міг би також оновити, перемішати або стерти властивості їхніх поверхонь. Однак нові спостереження свідчать, що навіть дуже малі ТНО можуть зберігати відомості про своє давнє середовище.

Що побачили Webb і Hubble

Огляд виявив 27 раніше невідомих ТНО в поясі Койпера — великій області крижаних тіл за Нептуном. Деякі з них належать до найменших і найтьмяніших транснептунових об’єктів, які будь-коли спостерігали безпосередньо. Результати описано у двох взаємодоповнювальних статтях у The Astronomical Journal. 15

Телескоп Webb забезпечив глибокі інфрачервоні спостереження, зокрема за допомогою камери ближнього інфрачервоного діапазону NIRCam. Hubble доповнив їх даними у видимому світлі, потрібними для визначення кольорів і характеристик орбіт. 13

Ці далекі об’єкти телескопи не бачать як диски — лише як слабкі точки світла. Тому їхні розміри оцінюють за яскравістю, а оцінка залежить від припущень про відбивну здатність поверхні, або альбедо. Отже, головна сила дослідження — у виявлених закономірностях для популяції, а не в остаточному визначенні фізичних параметрів кожного окремого тіла. 1

Найменших тіл виявилося несподівано мало

Новий огляд простягається значно глибше у розподіл яскравостей ТНО, ніж попередні прямі пошуки. За даними про функцію світності, найменші об’єкти трапляються рідше, ніж випливало б із простого продовження тенденції для більших тіл. 13

Це ускладнює моделі, які описують формування й подальшу еволюцію планетезималей — первинних твердих тіл, з яких зрештою будувалися планети. Однак сам результат ще не дозволяє встановити причину цього дефіциту.

Наразі розглядають два правдоподібні пояснення:

1. Первинна нестача. Процес утворення планетезималей від початку міг створювати менше дуже малих об’єктів, ніж передбачають багато моделей.
2. Подальше виснаження. Дрібні тіла могли колись бути численнішими, але згодом їх вибірково руйнували або прибирали зіткнення та динамічна еволюція. 1

Чому кольори цих об’єктів особливо важливі

Кольори, виміряні у видимому та інфрачервоному діапазонах, є своєрідним загальним «відбитком» властивостей поверхні ТНО. Нові об’єкти продовжують співвідношення між кольором і динамічною популяцією, яке вже було відоме для більших тіл: у динамічно холодних популяціях картина кольорів відрізняється від динамічно гарячих. 1

Тут слова «холодні» та «гарячі» не описують температуру. Динамічно холодними називають тіла на менш збуджених орбітах, зокрема з меншими нахилами. Динамічно гарячі об’єкти рухаються більш збудженими орбітами; їх зазвичай пов’язують із популяціями, які переносилися або зазнали сильних збурень під час ранньої еволюції Сонячної системи.

Ключовий висновок полягає в тому, що ця залежність кольорів від популяції зберігається навіть для нових, надзвичайно малих об’єктів. Схоже, подальші удари, ерозія та інші процеси за історію Сонячної системи не повністю «перезаписали» їхні поверхні. 12

Виклик для моделей еволюції поясу Койпера

Розподіл за розмірами і дані про кольори потрібно пояснити одночасно.

Якщо нестача малих ТНО є первинною, моделі формування мають відтворити відносно мале утворення дрібних планетезималей — і водночас пояснити збереження різних історій складу поверхонь у холодних та динамічно гарячих популяціях.

Якщо ж чисельність малих тіл пізніше зменшили зіткнення, ці зіткнення та споріднені процеси мусили скоротити їхню кількість, не стерши колірних відмінностей, що вказують на різні місця або умови народження. Саме ця напруга між двома наборами даних робить результат цінним: він обмежує і початковий розподіл розмірів у поясі Койпера, і масштаб його подальшої бурхливої еволюції. 1

Хто проводив дослідження та чого воно ще не встановлює

Два взаємодоповнювальні аналізи очолювали аспірантки Анастасія Н. Морган і Марієлль Р. Едуардо. Один напрям був зосереджений на функції світності надтьмяних ТНО, інший — на кольорах, складі та тлумаченні динамічних популяцій. 357

Дослідники називають цю програму найглибшим дослідженням ТНО на сьогодні. Вона вперше поширила прямі спостереження на діапазон, який раніше оцінювали переважно за яскравішими об’єктами. 1

Водночас 27 відкриттів на обмеженій ділянці неба — це не повний перепис поясу Койпера. Огляд поки не може остаточно встановити точні діаметри, альбедо, детальний склад або головну причину нестачі малих тіл. Найпереконливіший результат роботи — свідчення про тенденції в популяції та суворіша перевірка для майбутніх моделей формування планетезималей і зіткнювальної еволюції. 114

Головний підсумок не лише в тому, що астрономи знайшли 27 слабких об’єктів. Ці крихітні світи одночасно виявилися рідкіснішими, ніж очікувалося, і багатими на пам’ять про минуле: їхня чисельність суперечить прогнозам, а кольори все ще зберігають сліди походження.