Японські астрономи виявили атмосферу у 500-кілометрового тіла в поясі Койпера — її походження залишається загадкою

Японські астрономи виявили тонку атмосферу у крихітного тіла на окраїні Сонячної системи — транснептунового об'єкта (612533) 2002 XV93 діаметром близько 500 кілометрів. Раніше газова оболонка в цій області була підтверджена лише у Плутона. Як вона з'явилася у такому маленькому тілі, незрозуміло: обидва можливі сценарії — удар комети або активність кригових вулканів — породжують більше запитань, ніж відповідей.

Джерело зображення: NAOJ

Відкриття зробила група професійних астрономів і аматорів під керівництвом Ко Аримацу (Ko Arimatsu) з обсерваторії Ісігакідзіма, що входить до Національної астрономічної обсерваторії Японії (NAOJ). 10 січня 2024 року з чотирьох спостережних пунктів у Японії вони відстежили, як об'єкт 2002 XV93 пройшов перед тьмяною зіркою 15-ї зоряної величини і на короткий час закрив її світло.

Щоб оцінити, наскільки тьмяною була ця зірка: у Місяця зоряна величина близько −12, і чим більше число за цією шкалою, тим слабше світло. Якби у об'єкта 2002 XV93 не було атмосфери, далека зірка для земних спостерігачів згасла б миттєво — ніби її вимкнули, як лампу. Однак телескопи зафіксували інше: її блиск плавно слабшав протягом кількох секунд і лише потім повністю зник. Таке поступове згасання можливе лише тоді, коли світло зірки проходить крізь газову оболонку навколо тіла, що її закриває, і заломлюється в ній.

Подібне явище видно з Землі лише вздовж дуже вузької смуги — там, де об'єкт, зірка і спостерігач опиняються на одній прямій. Якщо розставити телескопи по краях цієї смуги і порівняти, коли саме зірка зникла з виду в кожному з них, можна обчислити розмір і форму самого тіла. Серед використаних інструментів — 1,05-метровий професійний телескоп обсерваторії Кісо (Kiso Observatory), що належить Токійському університету, та аматорські телескопи діаметром 200 і 250 міліметрів. На них були встановлені КМОП-камери, чутливі до плавного ослаблення блиску зірки.

Атмосфера 2002 XV93 на поверхні має тиск від 100 до 200 нанобар — це в 5–10 мільйонів разів менше за земний. За розміром тіло майже в п'ять разів менше Плутона: його діаметр близько 500 кілометрів, тоді як у Плутона — 2 377 км. При цьому орбіта 2002 XV93 влаштована так само, як у Плутона: за той час, поки Нептун робить три оберти навколо Сонця, обидва ці тіла встигають здійснити рівно по два. Через цю властивість астрономи відносять 2002 XV93 до плутино — невеликим тіла, чий рух синхронізовано з Нептуном так само, як у Плутона.

Плутон достатньо масивний, щоб утримувати тонку атмосферу — її називають екзосферою. Це відбувається, коли він підходить найближче до Сонця — в точці орбіти, яку астрономи називають перигелієм. Льоди на його поверхні — молекулярний азот, метан і чадний газ (CO) — нагріваються сонячними променями і випаровуються прямо в газ, минаючи рідкий стан. Коли Плутон потім відходить від Сонця по своїй 248-річній орбіті, гази охолоджуються і знову осаджуються на поверхні у вигляді льоду. Середнє тиск атмосфери Плутона — близько 10 мікробар, приблизно в 50–100 разів більше, ніж у щойно знайденій газовій оболонці 2002 XV93, але все ж майже в 100 тисяч разів нижче за земний. Жодне інше тіло в поясі Койпера атмосферу досі не знаходили, хоча на сусідній з Плутоном карликовій планеті Макемаке астрономи фіксували виділення метану.

З чого складається атмосфера 2002 XV93, невідомо. За аналогією з Плутоном можна було б очікувати азот з домішками метану і CO, однак більш ранні спостереження Космічного телескопа NASA «Джеймс Уебб» (James Webb) цих льодів на поверхні тіла не виявили. А при температурі всього на 40–50 градусів вище абсолютного нуля — це близько мінус 220 градусів Цельсія — водяний лід і замерзлий вуглекислий газ також не можуть випаруватися і перейти в газ.

Звідки тоді взялася атмосфера? Група Аримацу пропонує дві версії. За першою, з (612533) 2002 XV93 зіткнулася комета і принесла гази. Однак через слабку гравітацію така атмосфера випарувалася б у космос менш ніж за тисячу років. Якщо ця версія вірна, значить, нам надзвичайно пощастило спостерігати об'єкт якраз незабаром після рідкісного події. За другою версією, льоди залягають під поверхнею і були викинуті назовні криовулканічною активністю — але що її живить у такого холодного і маленького тіла, залишається загадкою.

Яким би не був відповідь, відкриття змінює попередні уявлення про те, які світи в принципі можуть утримувати атмосферу. «Це відкриття говорить про те, що традиційне уявлення, ніби глобальні щільні атмосфери формуються тільки навколо великих планет, потребує перегляду», — написала група Аримацу у своїй науковій роботі. Наступне завдання — з'ясувати, з чого складається ця оболонка. Найкраще для такої роботи підходить «Джеймс Уебб». Багато прояснить і спостереження за тим, як з часом змінюється її щільність. Якщо в найближчі роки щільність знизиться, значить, гази поступово випаровуються в космос — а це працює на користь версії про зіткнення з кометою. Якщо ж щільність залишиться незмінною, оболонку, ймовірно, поповнює щось з надр самого 2002 XV93 — тобто вірна версія про криовулкани — виверження кригових вулканів, що викидають назовні не магму, а суміш газів і замерзлих летючих речовин.

Хочеш дізнатися більше — читай відгуки