Webb observa 3 planetas enanos en el cinturón de Kuiper

Utilizando el Telescopio espacial James WebbLos astrónomos observaron tres planetas enanos en Cinturón de Kuiper, descubriendo hidrocarburos ligeros y moléculas complejas. Estos resultados mejoran nuestra comprensión de los objetos en el Sistema Solar exterior y resaltan las capacidades del JWST en la exploración espacial.

EL Cinturón de Kuiper, la vasta región en el borde de nuestro Sistema Solar poblada por innumerables objetos helados, es un tesoro escondido de descubrimientos científicos. La detección y caracterización de Objetos del cinturón de Kuiper (KBO), a veces denominado Objetos transneptunianos (TNO), ha llevado a una nueva comprensión de la historia del Sistema Solar. La disposición de los KBO es un indicador de las corrientes gravitacionales que han dado forma al Sistema Solar y revelan una historia dinámica de migraciones planetarias. Desde finales del siglo XX, los científicos han estado ansiosos por observar más de cerca los KBO para aprender más sobre sus órbitas y composición.

Observaciones del telescopio espacial James Webb

El estudio de los cuerpos del Sistema Solar exterior es uno de los muchos objetivos del Telescopio Espacial James Webb (JWST). Utilizando datos obtenidos de Webb espectrómetro de infrarrojo cercano (NIRSpec), un equipo internacional de astrónomos observó tres planetas enanos en el cinturón de Kuiper: Sedna, Gonggong y Quaoar. Estas observaciones revelaron varias cosas interesantes sobre sus respectivas órbitas y composición, incluidos hidrocarburos ligeros y moléculas orgánicas complejas que se cree que son producto de la irradiación de metano.

La investigación fue dirigida por Joshua Emery, profesor de astronomía y ciencias planetarias en la Universidad del Norte de Arizona. A él se unieron investigadores de NASAdel Centro de Vuelos Espaciales Goddard (GSFC), el Instituto de Astrofísica Espacial (Universidad París-Saclay), la Instituto PinheadEL Instituto Espacial de Florida (Universidad de Florida Central), la Observatorio LowellEL Instituto de Investigación del Suroeste (SwRI), el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI), Universidad Americana. y la Universidad de Cornell. Una preimpresión de su artículo apareció en línea y está siendo revisada para su publicación por Ícaro.

Desde su último sobrevuelo del objeto Arrokoth del Cinturón de Kuiper, la misión New Horizons ha explorado objetos en el Cinturón de Kuiper y realizado observaciones heliosféricas y astrofísicas. Crédito: NASA/JHUAPL/SwRI//Roman Tkachenko

Historia de la exploración del cinturón de Kuiper.

A pesar de todos los avances en astronomía y exploradores robóticos, lo que sabemos sobre la región transneptuniana y el cinturón de Kuiper es todavía limitado. Hasta la fecha, la única misión por estudiar Urano, Neptunoy sus principales satélites eran yo Viajero 2 misión que sobrevoló estos gigantes de hielo en 1986 y 1989 respectivamente. Nuevos horizontes La misión fue la primera nave espacial en estudiar. Plutón y sus satélites (en julio de 2015) y el único que encontró un objeto en el Cinturón de Kuiper, ocurrido el 1 de enero de 2019, cuando sobrevoló el KBO conocido como Arrokoth.

Las expectativas de los astrónomos sobre el JWST

Esta es una de las muchas razones por las que los astrónomos han estado esperando ansiosamente el lanzamiento del JWST. Además de estudiar exoplanetas y las primeras galaxias del Universo, sus potentes capacidades de obtención de imágenes infrarrojas también se han aplicado a nuestro patio trasero, revelando nuevas imágenes de Marte, Júpitery es satélites más grandes. Para su estudio, Emery y sus colegas consultaron datos del infrarrojo cercano obtenidos por Webb de tres planetoides en el cinturón de Kuiper: Sedna, Gonggong y Quaoar. Estos cuerpos tienen un diámetro de unos 1.000 km (620 millas), lo que los sitúa dentro del Designación IAU para planetas enanos.

Información sobre los planetas enanos

Como dijo Emery a Universe Today por correo electrónico, estos cuerpos son particularmente interesantes para los astrónomos debido a sus tamaños, órbitas y composiciones. Otros cuerpos transneptunianos, como Plutón, Eris, Haumea y Makemake, han retenido hielos volátiles en sus superficies (nitrógeno, metano, etc.). La única excepción es Haumea, que perdió sus volátiles en un gran impacto (aparentemente). Como dijo Emery, querían ver si Sedna, Gonggong y Quaoar también tenían volátiles similares en sus superficies:

“Trabajos anteriores han demostrado que podrían hacer esto. Aunque todos son más o menos similares en tamaño, sus órbitas son distintas. Sedna es un objeto interno de la nube de Oort con un perihelio de 76 AU y un afelio de casi 1.000 AU, Gonggong también está en una órbita muy elíptica, con un perihelio de 33 AU y un afelio de aproximadamente 100 AU, y Quaoar está en una posición relativamente órbita circular cerca de 43 AU. AU. Estas órbitas sitúan los cuerpos en diferentes regímenes de temperatura y diferentes entornos de irradiación (Sedna, por ejemplo, pasa la mayor parte de su tiempo fuera de la heliosfera del Sol). Queríamos estudiar cómo estas diferentes órbitas podrían afectar a las superficies. En las superficies también se encuentran otros hielos interesantes y sustancias orgánicas complejas».

Imágenes de una de las dos observaciones de la red PRISM de Sedna, Gonggong y Quaoar. Crédito: Emery, JP et al. (2023)

Utilizando datos del instrumento NIRSpec de Webb, el equipo observó los tres cuerpos en modo prisma de baja resolución en longitudes de onda entre 0,7 y 5,2 micrómetros (μm), colocándolos a todos en el espectro del infrarrojo cercano. Se realizaron más observaciones en Quaoar desde 0,97 a 3,16 µm utilizando rejillas de resolución media diez veces la resolución espectral. Los espectros resultantes revelaron algunas cosas interesantes sobre estos TNO y las composiciones de las superficies, dijo Emery:

“Encontramos abundante etano (C2H6) en los tres cuerpos, especialmente en Sedna. Sedna también muestra acetileno (C2H2) y etileno (C2H4). Las abundancias se correlacionan con la órbita (la mayor en Sedna, la menor en Gonggong, la menor en Quaoar), lo que es consistente con las temperaturas relativas y los ambientes de irradiación. Estas moléculas son productos de la irradiación directa de metano (CH4). Si el etano (u otros) permaneciera en las superficies durante mucho tiempo, se habrían convertido en moléculas aún más complejas mediante la irradiación. Como todavía los vemos, sospechamos que el metano (CH4) debe llegar a las superficies con bastante regularidad».

Estos hallazgos son consistentes con los presentados en un par de estudios recientes dirigidos por el Dr. Will Grundy, astrónomo del Observatorio Lowell y co-investigador de la NASA. Nuevos horizontes misión y Chris Glein, científico planetario y geoquímico de SwRI. Para ambos estudios, Grundy, Glien y sus colegas midieron las proporciones deuterio/hidrógeno (D/H) en metano en Eris y Makemake y concluyeron que el metano no era primordial. En cambio, argumentan que las relaciones resultan del procesamiento del metano en su interior y su liberación a la superficie.

«Sugerimos que lo mismo podría aplicarse a Sedna, Gonggong y Quaoar», dijo Emery. “También vemos que los espectros de Sedna, Gonggong y Quaoar son distintos de los de los KBO más pequeños. Dos conferencias recientes discutieron datos JWST de KBO más pequeños agrupados en tres grupos, ninguno de los cuales se parece a Sedna, Gonggong y Quaoar. Este resultado es consistente con el hecho de que nuestros tres cuerpos más grandes tienen historias geotérmicas diferentes».

Comparación de los ocho TNO más grandes con la Tierra (todos a escala). Crédito: NASA/Léxico

Implicaciones de los resultados.

Estos hallazgos podrían tener implicaciones significativas para el estudio de KBO, TNO y otros objetos en el Sistema Solar exterior. Esto incluye nueva información sobre la formación de objetos más allá de la línea de congelación en los sistemas planetarios, que se refiere a la línea más allá de la cual se congelan los compuestos volátiles. En nuestro Sistema Solar, la región transneptuniana corresponde a la línea del nitrógeno, donde los cuerpos retendrán grandes cantidades de volátiles con puntos de congelación muy bajos (es decir, nitrógeno, metano y amoníaco). Estos hallazgos, dijo Emery, también demuestran qué tipo de procesos evolutivos están en marcha para los cuerpos en esta región:

“La principal implicación podría ser encontrar el tamaño al cual los KBO se calentaron lo suficiente para el reprocesamiento interno de los hielos primordiales, tal vez incluso para la diferenciación. También deberíamos poder utilizar estos espectros para comprender mejor el proceso de irradiación de los hielos superficiales en el Sistema Solar exterior. Y los estudios futuros también podrán examinar con más detalle la estabilidad volátil y la posibilidad de que se formen atmósferas en estos cuerpos en cualquier parte de sus órbitas».

Los resultados de este estudio también muestran las capacidades del JWST, que ha demostrado su valor varias veces desde que entró en funcionamiento a principios del año pasado. También nos recuerdan que, además de permitir nuevas vistas y descubrimientos de planetas distantes, galaxias y la estructura a gran escala del Universo, Webb también puede revelar cosas sobre nuestro pequeño rincón del cosmos.

«Los datos del JWST son fantásticos», añadió Emery. “Nos permitieron obtener espectros en longitudes de onda más largas que las que podemos obtener desde el suelo, lo que permitió la detección de estos hielos. A menudo, cuando se observa en un nuevo rango de longitudes de onda, los datos iniciales pueden ser de muy mala calidad. JWST no sólo abrió un nuevo rango de longitudes de onda, sino que también proporcionó datos de extraordinaria calidad, sensibles a una variedad de materiales en las superficies del Sistema Solar exterior”.

Adaptado de un artículo publicado originalmente en Universo hoy.

Referencia: “Una historia de tres planetas enanos: hielos y compuestos orgánicos en Sedna, Gonggong y Quaoar de la espectroscopia JWST” por JP Emery, I. Wong, R. Brunetto, JC Cook, N. Pinilla-Alonso, JA Stansberry, BJ Holler , WM Grundy, S. Protopapa, AC Souza-Feliciano, E. Fernández-Valenzuela, JI Lunine y DC Hines, 26 de septiembre de 2023, Astrofísica > Astrofísica terrestre y planetaria.
arXiv:2309.15230