menggunakan Teleskop Luar Angkasa James WebbPara astronom mengamati tiga planet katai di… Sabuk KuiperDan penemuan hidrokarbon ringan dan molekul kompleks. Hasil ini meningkatkan pemahaman kita tentang objek-objek di luar tata surya dan menyoroti kemampuan Teleskop Luar Angkasa James Webb untuk eksplorasi ruang angkasa.

itu Sabuk KuiperWilayah luas di tepi tata surya kita, yang dihuni oleh benda-benda es yang tak terhitung jumlahnya, merupakan gudang penemuan ilmiah. Deteksi dan karakterisasi Objek sabuk Kuiper (KBO), kadang-kadang disebut sebagai Objek Trans-Neptunus (Badan TNO) memunculkan pemahaman baru tentang sejarah tata surya. Pelepasan objek sabuk Kuiper merupakan indikator arus gravitasi yang membentuk tata surya dan mengungkap sejarah dinamis migrasi planet. Sejak akhir abad ke-20, para ilmuwan tertarik untuk melihat lebih dekat objek Sabuk Kuiper untuk mempelajari lebih lanjut tentang orbit dan komposisinya.

Pengamatan Teleskop Luar Angkasa James Webb

Mempelajari objek-objek di luar tata surya adalah salah satu dari sekian banyak tujuan James Webb Space Telescope (JWST). Menggunakan data yang diperoleh Webb Spektrometer inframerah dekat (NIRSpec), tim astronom internasional telah mengamati tiga planet katai di Sabuk Kuiper: Sedna, Jungjung, dan Kwar. Pengamatan ini mengungkap banyak hal menarik tentang orbit dan komposisinya, termasuk hidrokarbon ringan dan molekul organik kompleks yang diduga merupakan produk iradiasi metana.

Penelitian ini dipimpin oleh Joshua Emery, seorang profesor astronomi dan ilmu planet di Northern Arizona University. Ia bergabung dengan para peneliti dari NASAPusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard (GSFC). Institut Astrofisika Spasial (Université Paris-Saclay). Institut Kepala Penitiitu Institut Luar Angkasa Florida (Universitas Florida Tengah). Observatorium Lowellitu Institut Penelitian Barat Daya (Swei), dan Institut Sains Teleskop Luar Angkasa (STScI), Universitas Amerika. dan Universitas Cornell. Pracetak makalah mereka telah muncul online dan sedang ditinjau untuk dipublikasikan oleh Ikarus.

Sejak terakhir kali terbang melintasi objek Arrokoth di Sabuk Kuiper, misi New Horizons telah menjelajahi objek-objek di Sabuk Kuiper dan melakukan pengamatan heliosfer dan astrofisika. Kredit gambar: NASA/JHUAPL/SwRI//Roman Tkachenko

Sejarah eksplorasi Sabuk Kuiper

Terlepas dari semua kemajuan dalam bidang astronomi dan penjelajah robotik, pengetahuan kita tentang Trans-Neptunus dan Sabuk Kuiper masih terbatas. Sejauh ini, satu-satunya tugas belajar Uranus, NeptunusSatelit utama mereka adalah penjelajah 2 Misi tersebut diterbangkan oleh dua raksasa es ini masing-masing pada tahun 1986 dan 1989. Selain itu, cakrawala baru Misi tersebut merupakan pesawat luar angkasa pertama yang dipelajari Pluto dan satelitnya (pada Juli 2015) dan satu-satunya yang pernah menemukan objek Sabuk Kuiper, yang terjadi pada tanggal 1 Januari 2019, ketika ia terbang dekat dengan Sabuk Kuiper yang dikenal sebagai Arrokoth.

Prakiraan astronom dari JWST

Inilah salah satu dari banyak alasan para astronom sangat menantikan peluncuran Teleskop Luar Angkasa James Webb. Selain mempelajari exoplanet dan galaksi tertua di alam semesta, kemampuan pencitraan inframerah yang kuat juga telah diarahkan ke halaman belakang kita, mengungkap gambar-gambar baru… Mars, Jupiterdan dia Satelit terbesar. Untuk penelitian mereka, Emery dan rekan-rekannya mengandalkan data inframerah dekat yang diperoleh Webb untuk tiga planet di Sabuk Kuiper – Sedna, Gungong, dan Kuar. Objek-objek ini berdiameter sekitar 1.000 km (620 mil), yang berarti mereka berada di dalamnya Klasifikasi planet kerdil dari Persatuan Astronomi Internasional.

Wawasan tentang planet katai

Seperti yang dikatakan Emery kepada Universe Today melalui email, objek-objek ini sangat menarik bagi para astronom karena ukuran, orbit, dan komposisinya. Objek trans-Neptunus lainnya – seperti Pluto, Eris, Haumea, dan Makemake – telah mempertahankan es yang mudah menguap di permukaannya (nitrogen, metana, dll.). Satu-satunya pengecualian adalah Haumea, yang kehilangan pengaruh volatilnya (tampaknya) signifikan. Seperti yang dikatakan Emery, mereka ingin mengetahui apakah Sedna, Goonggong, dan Quaoar juga memiliki zat volatil serupa di permukaannya:

“Penelitian sebelumnya telah menunjukkan bahwa mereka mungkin bisa melakukannya. Meskipun ukurannya kira-kira sama, orbitnya berbeda. Sedna adalah objek dari Awan Oort bagian dalam dengan perihelion 76 AU dan puncak sekitar 1.000 AU. Gunggung berada di orbit elips Juga sangat ekstrim, dengan perihelion 33 AU dan apogee ~100 AU, Kwar berada dalam orbit yang relatif melingkar dekat 43 AU. Orbit ini menempatkan objek pada rezim suhu berbeda dan lingkungan radiasi berbeda (Sedna, misalnya, “Ia menghabiskan sebagian besar waktunya berada di luar heliosfer Matahari. Kami ingin menyelidiki bagaimana perbedaan orbit ini mempengaruhi permukaan. Ada juga es menarik lainnya dan bahan organik kompleks di permukaan.”

Gambar dari salah satu dari dua observasi PRISM di Sedna, Goonggong, dan Quoar. Kredit: Emery, JP dkk. (2023)

Dengan menggunakan data dari instrumen Webb NIRSpec, tim mengamati ketiga objek dalam mode prisma resolusi rendah pada panjang gelombang 0,7 hingga 5,2 mikrometer (µm) – menempatkan semuanya dalam spektrum inframerah dekat. Pengamatan Quaoar tambahan dilakukan dari 0,97 hingga 3,16 μm menggunakan grid resolusi sedang dengan resolusi spektral sepuluh kali lipat. Spektrum yang dihasilkan mengungkapkan beberapa hal menarik tentang objek TNO tersebut dan komposisi permukaannya, kata Emery:

“Kami menemukan kelimpahan etana (C2H6) di ketiga benda tersebut, terutama di Sedna. Sedna juga menunjukkan asetilena (C2H2) dan etilen (C2H4). Kelimpahan tersebut terkait dengan orbit (sebagian besar di Sedna, lebih sedikit di Gunggung, dan paling tidak di Kuwar), yang konsisten dengan suhu Relatif dan lingkungan radiasi. Molekul-molekul ini merupakan produk iradiasi langsung metana (CH4). Jika etana (atau lainnya) sudah lama berada di permukaan, ia akan berubah menjadi Karena kita masih melihatnya, kita ragu bahwa Atap harus diisi bahan bakar dengan metana (CH4) secara teratur.

Temuan ini konsisten dengan apa yang disajikan dalam dua penelitian terbaru yang dipimpin oleh Dr. Will Grundy, astronom di Observatorium Lowell dan peneliti rekanan NASA. cakrawala baru misi, dan Chris Glenn, ilmuwan planet dan ahli geokimia di SwRI. Dalam kedua penelitian tersebut, Grundy, Glenn dan rekan mereka mengukur rasio deuterium/hidrogen (D/H) dalam metana di Iris dan Makemake dan menyimpulkan bahwa metana tersebut tidak primitif. Sebaliknya, mereka berpendapat, rasio tersebut dihasilkan dari proses metana di dalam dan dilepaskan ke permukaan.

“Kami menyarankan hal yang sama juga berlaku untuk Sedna, Gonggong, dan Quaoar,” kata Emery. “Kami juga melihat bahwa spektrum Sedna, Goonggong, dan Quaoar berbeda dari KBO yang lebih kecil. Ada pembicaraan di dua konferensi baru-baru ini yang menunjukkan bahwa data Teleskop Luar Angkasa James Webb untuk KBO yang lebih kecil mengelompok dalam tiga kelompok, tidak ada satupun yang mirip dengan Sedna, Gonggong, dan Quaoar. Mereka sepakat bahwa ini adalah hasil meskipun ketiga badan kita yang lebih besar memiliki sejarah panas bumi yang berbeda.

Perbandingan delapan TNO terbesar dengan Bumi (semuanya berdasarkan skala). Kredit: NASA/Lexicon

Implikasi dari hasil

Hasil ini dapat memiliki implikasi penting bagi studi objek Sabuk Kuiper, TNO, dan objek lain di luar tata surya. Hal ini mencakup wawasan baru mengenai pembentukan objek di luar garis beku dalam sistem planet, yang merujuk pada garis di luar titik beku senyawa volatil. Di tata surya kita, wilayah trans-Neptunus berhubungan dengan garis nitrogen, di mana benda-benda menahan sejumlah besar bahan yang mudah menguap dengan titik beku yang sangat rendah (seperti nitrogen, metana, dan amonia). Emery mengatakan temuan ini juga menggambarkan jenis proses evolusi yang terjadi pada tubuh di wilayah ini:

“Dampak utamanya mungkin adalah menemukan volume di mana objek Sabuk Kuiper menjadi cukup hangat untuk pemrosesan ulang internal es purba, dan bahkan mungkin diferensiasi. Kita juga harus dapat menggunakan spektrum ini untuk lebih memahami pemrosesan radiasi permukaan es di masa depan.” tata surya bagian luar.” Penelitian di masa depan juga akan dapat melihat secara lebih rinci stabilitas volatil dan kemungkinan atmosfer benda-benda ini berada di atas bagian mana pun dari orbitnya.

Hasil penelitian ini juga menunjukkan kemampuan Teleskop Luar Angkasa James Webb yang telah beberapa kali terbukti keampuhannya sejak dioperasikan awal tahun lalu. Hal ini juga mengingatkan kita bahwa selain memungkinkan wawasan baru dan penemuan baru mengenai planet jauh, galaksi, dan struktur alam semesta berskala besar, Webb juga dapat mengungkap hal-hal tentang sudut kecil alam semesta kita.

“Data Teleskop Luar Angkasa James Webb luar biasa,” tambah Emery. “Teleskop ini memungkinkan kami memperoleh spektrum dengan panjang gelombang yang lebih panjang dibandingkan yang dapat diperoleh dari Bumi, sehingga memungkinkan kami mendeteksi es-es ini. Seringkali, ketika mengamati dalam rentang panjang gelombang baru, kualitas data mentahnya bisa sangat buruk. Teleskop James Webb belum telah dibuka Wahana antariksa ini tidak hanya memberikan rentang panjang gelombang baru, tetapi juga menyediakan data sensitif dan berkualitas tinggi yang luar biasa untuk berbagai material permukaan di bagian luar tata surya.

Diadaptasi dari artikel yang pertama kali diterbitkan di Alam semesta saat ini.

Referensi: “Kisah Tiga Planet Kerdil: Es dan Organik di Sedna, Gunggong, dan Kuwar dari Spektroskopi JWST” oleh J.P. Emery, I. Wong, R. Brunoto, JC Cook, N. Pinilla-Alonso, J. A. Stansbury, B. J. Holler, W. M. Grundy, S. Protopapa, A. C. Souza-Feliciano, E. Fernández-Valenzuela, J. I. Lunine dan D. C. Hines, 26 September 2023, Astrofisika > Fisika bumi dan planet Astrofisika.
arXiv:2309.15230