Webb observe trois planètes naines dans la ceinture de Kuiper

Dans la conception de cet artiste, l’objet semblable à une planète récemment découvert, appelé Sedna, est situé aux limites extérieures du système solaire connu. Source de l’image : NASA/JPL-Caltech

en utilisant Télescope spatial James WebbLes astronomes ont observé trois planètes naines en… Ceinture de KuiperEt la découverte d’hydrocarbures légers et de molécules complexes. Ces résultats font progresser notre compréhension des objets du système solaire externe et mettent en évidence les capacités du télescope spatial James Webb pour l’exploration spatiale.

le Ceinture de KuiperLa vaste région située aux confins de notre système solaire, peuplée d’innombrables corps glacés, est un trésor de découvertes scientifiques. Détection et caractérisation Objets de la ceinture de Kuiper (KBO), parfois appelés Objets transneptuniens (Corps TNO) a conduit à une nouvelle compréhension de l’histoire du système solaire. La chute des objets de la ceinture de Kuiper est un indicateur des courants gravitationnels qui ont façonné le système solaire et révèle une histoire dynamique de migrations planétaires. Depuis la fin du XXe siècle, les scientifiques souhaitent examiner de plus près les objets de la ceinture de Kuiper pour en savoir plus sur leurs orbites et leur composition.

Observations du télescope spatial James Webb

L’étude des objets du système solaire externe est l’un des nombreux objectifs du télescope spatial James Webb (JWST). Utilisation des données obtenues par Webb Spectromètre proche infrarouge (NIRSpec), une équipe internationale d’astronomes a observé trois planètes naines dans la ceinture de Kuiper : Sedna, Jungjung et Kwar. Ces observations ont révélé de nombreuses choses intéressantes sur leurs orbites et leur composition, notamment des hydrocarbures légers et des molécules organiques complexes que l’on pense être les produits de l’irradiation du méthane.

La recherche a été dirigée par Joshua Emery, professeur d’astronomie et de sciences planétaires à la Northern Arizona University. Il a été rejoint par des chercheurs de NASACentre de vol spatial Goddard (GSFC). Institut d’astrophysique spatiale (Université Paris-Saclay). Institut Pinheadle Institut spatial de Floride (Université de Floride centrale). Observatoire Lowellle Institut de recherche du Sud-Ouest (Swei), et Institut scientifique du télescope spatial (STScI), Université américaine. et l’Université Cornell. Une prépublication de leur article a été publiée en ligne et est en cours de révision pour publication par Icare.

Depuis son dernier survol de l’objet Arrokoth dans la ceinture de Kuiper, la mission New Horizons explore les objets de la ceinture de Kuiper et réalise des observations héliosphériques et astrophysiques. Crédit image : NASA/JHUAPL/SwRI//Roman Tkachenko

Histoire de l’exploration de la ceinture de Kuiper

Malgré tous les progrès de l’astronomie et des explorateurs robotiques, ce que nous savons de Trans-Neptune et de la ceinture de Kuiper est encore limité. Jusqu’à présent, la seule tâche d’étude Uranus, NeptuneLeurs principaux satellites étaient Voyageur 2 La mission a survolé ces deux géants de glace en 1986 et 1989 respectivement. De plus, le nouveaux horizons La mission a été le premier vaisseau spatial à étudier Pluton et ses satellites (en juillet 2015) et le seul à avoir rencontré un objet de la ceinture de Kuiper, ce qui s’est produit le 1er janvier 2019, alors qu’il survolait la ceinture de Kuiper connue sous le nom d’Arrokoth.

Prévisions des astronomes du JWST

C’est l’une des nombreuses raisons pour lesquelles les astronomes attendent avec impatience le lancement du télescope spatial James Webb. En plus d’étudier les exoplanètes et les plus anciennes galaxies de l’univers, de puissantes capacités d’imagerie infrarouge ont également été dirigées vers notre arrière-cour, révélant de nouvelles images de… Mars, Jupiteret elle Le plus gros satellite. Pour leur étude, Emery et ses collègues se sont appuyés sur des données dans le proche infrarouge obtenues par Webb pour trois planètes de la ceinture de Kuiper : Sedna, Gungong et Kuar. Ces objets ont un diamètre d’environ 1 000 km (620 mi), ce qui les place à moins de Classification de l’Union Astronomique Internationale des planètes naines.

Aperçus sur les planètes naines

Comme Emery l’a déclaré à Universe Today par courrier électronique, ces objets sont particulièrement intéressants pour les astronomes en raison de leur taille, de leurs orbites et de leurs compositions. D’autres objets transneptuniens – comme Pluton, Éris, Haumea et Makemake – ont retenu à leur surface des glaces volatiles (azote, méthane, etc.). La seule exception est Haumea, qui a perdu ses substances volatiles avec un effet (apparemment) significatif. Comme l’a dit Emery, ils voulaient savoir si Sedna, Goonggong et Quaoar avaient également des substances volatiles similaires sur leurs surfaces :

« Des travaux antérieurs ont montré qu’ils pourraient en être capables. Bien qu’ils soient tous de tailles à peu près similaires, leurs orbites sont différentes. Sedna est un objet du nuage d’Oort intérieur avec un périhélie de 76 UA et un apogée d’environ 1 000 UA. Gunggung est dans un orbite elliptique Également extrêmement, avec un périhélie de 33 UA et un apogée d’environ 100 UA, Kwar est sur une orbite relativement circulaire proche de 43 UA. Ces orbites placent les objets dans différents régimes de température et différents environnements de rayonnement (Sedna, par exemple, « Il passe « 

Images de l’une des deux observations PRISM de Sedna, Goonggong et Quoar. Crédit : Emery, JP et al. (2023)

À l’aide des données de l’instrument Webb NIRSpec, l’équipe a observé les trois objets en mode prisme basse résolution à des longueurs d’onde allant de 0,7 à 5,2 micromètres (µm), les plaçant tous dans le spectre proche infrarouge. Des observations Quaoar supplémentaires ont été effectuées entre 0,97 et 3,16 μm en utilisant des grilles de résolution moyenne avec une résolution spectrale dix fois supérieure. Les spectres résultants ont révélé des choses intéressantes sur ces objets TNO et leurs compositions de surface, a déclaré Emery :

« Nous avons trouvé une abondance d’éthane (C2H6) sur les trois corps, notamment sur Sedna. Sedna présente également de l’acétylène (C2H2) et de l’éthylène (C2H4). L’abondance est liée à l’orbite (la plupart sur Sedna, moins sur Gunggung, et moins sur Kuwar), ce qui est cohérent avec les températures relatives et les environnements de rayonnement. Ces molécules sont des produits d’irradiation directe du méthane (CH4). Si l’éthane (ou autre) avait été présent sur les surfaces depuis longtemps, il se serait transformé en des molécules plus complexes par irradiation. Comme on les voit encore, on doute que les toits doivent être ravitaillés en méthane (CH4) de manière assez régulière.

Ces résultats concordent avec ceux présentés dans deux études récentes dirigées par le Dr Will Grundy, astronome à l’observatoire Lowell et chercheur associé de la NASA. nouveaux horizons mission, et Chris Glenn, planétologue et géochimiste au SwRI. Dans les deux études, Grundy, Glenn et leurs collègues ont mesuré les rapports deutérium/hydrogène (D/H) dans le méthane sur Iris et Makemake et ont conclu que le méthane n’était pas primitif. Au lieu de cela, affirment-ils, les ratios résultent du traitement du méthane à l’intérieur et de son acheminement à la surface.

« Nous pensons que la même chose pourrait être vraie pour Sedna, Gonggong et Quaoar », a déclaré Emery. « Nous constatons également que les spectres de Sedna, Goonggong et Quaoar diffèrent de ceux des plus petits KBO. Il y a eu des discussions lors de deux conférences récentes qui ont montré que les données du télescope spatial James Webb pour les plus petits KBO se regroupent en trois groupes, dont aucun ressemblent à Sedna, Gonggong et Quaoar. Ils sont d’accord. C’est un résultat même si nos trois plus grands corps ont des histoires géothermiques différentes.

Comparaison des huit plus grands TNO avec la Terre (tous à l’échelle). Crédit : NASA/Lexique

Implications des résultats

Ces résultats pourraient avoir des implications importantes pour l’étude des objets de la ceinture de Kuiper, des TNO et d’autres objets du système solaire externe. Cela inclut de nouvelles connaissances sur la formation d’objets au-delà de la ligne de gel dans les systèmes planétaires, qui fait référence à la ligne au-delà de laquelle les composés volatils gèlent. Dans notre système solaire, la région transneptunienne correspond à la raie de l’azote, où les objets retiennent de grandes quantités de matières volatiles avec des points de congélation très bas (comme l’azote, le méthane et l’ammoniac). Emery a déclaré que ces découvertes illustrent également le type de processus évolutifs se produisant dans les corps de cette région :

« Le principal impact pourrait être de trouver le volume auquel les objets de la ceinture de Kuiper sont devenus suffisamment chauds pour le retraitement interne de la glace primordiale, et peut-être même pour leur différenciation. Nous devrions également être en mesure d’utiliser ces spectres pour mieux comprendre le traitement par rayonnement de la glace de surface dans le système solaire externe. » Les études futures pourront également examiner plus en détail la stabilité volatile et la possibilité d’atmosphères dans ces objets au-dessus de n’importe quelle partie de leurs orbites.

Les résultats de cette étude démontrent également les capacités du télescope spatial James Webb, qui a fait ses preuves à plusieurs reprises depuis sa mise en service au début de l’année dernière. Cela nous rappelle également qu’en plus de permettre de nouvelles connaissances et de nouvelles découvertes sur des planètes lointaines, des galaxies et la structure à grande échelle de l’univers, Webb peut également révéler des choses sur notre propre petit coin de l’univers.

« Les données du télescope spatial James Webb sont étonnantes », a ajouté Emery. « Cela nous a permis d’obtenir des spectres à des longueurs d’onde plus longues que celles que nous pouvions obtenir depuis la Terre, ce qui nous a permis de détecter ces glaces. Souvent, lors de l’observation dans une nouvelle gamme de longueurs d’onde, les données brutes peuvent être de très mauvaise qualité. Le télescope James Webb n’a pas été ouvert Non seulement la sonde spatiale a fourni une nouvelle gamme de longueurs d’onde, mais elle a également fourni des données sensibles et d’une qualité fantastique sur une gamme de matériaux de surface dans le système solaire externe.

Adapté d’un article initialement publié sur L’univers aujourd’hui.

Référence : « A Tale of Three Dwarf Planets : Ice and Organics in Sedna, Gunggong, and Kuwar from JWST Spectroscopy » par J.P. Emery, I. Wong, R. Brunetto, J.C. Cook, N. Pinilla-Alonso, JA Stansbury, BJ Holler, W. M. Grundy, S. Protopapa, A. C. Souza-Feliciano, E. Fernández-Valenzuela, J. I. Lunine et D. C. Hines, 26 septembre 2023, Astrophysique > Physique terrestre et planétaire Astrophysique.
arXiv:2309.15230