Космические телескопы «Хаббл» и «Джеймс Уэбб» объединили усилия, чтобы рассмотреть одни из самых маленьких и далёких объектов Солнечной системы. То, что они увидели, оказалось страннее, чем ожидалось.
Две обсерватории обнаружили 27 новых транснептуновых объектов. Все они меньше сорока километров в поперечнике, а самый маленький — всего десять километров. Как следует из названия, эти объекты обращаются вокруг Солнца далеко за орбитой Нептуна. Некоторые из них родились там же, на заре Солнечной системы, как небольшие планетезимали, которым не хватило массы, чтобы стать планетами.
Модели формирования этих объектов предсказывали, что они должны быть испещрены ударами, которые перемешали бы их поверхностный материал. Их состав, а значит и цвет, отличался бы от более крупных собратьев. Но новые наблюдения под руководством двух аспиранток — Анастасии Морган из Университета Северной Аризоны и Мариэль Эдуардо из Университета Виктории — показали обратное. Маленькие транснептуновые объекты выглядят такими же нетронутыми, как в день своего рождения.
«Можно представить сценарий, в котором удары и фрагментация меняют состав поверхности, и тогда вы увидите другой цвет у крошечных объектов по сравнению с их более крупными родственниками, — сказала Морган, возглавившая анализ цвета и состава. — Поэтому действительно удивительно видеть, что самые маленькие объекты каким-то образом сохраняют историю того, как они были созданы».
Транснептуновые объекты, родом из пояса Койпера, движутся по почти круговым орбитам вокруг Солнца и лежат в плоскости эклиптики — воображаемого плоского диска, по которому планеты и другие тела обращаются вокруг нашей звезды. Их называют динамически «холодными», потому что они практически не сдвинулись с места с момента формирования.
Другие транснептуновые объекты сформировались между седьмой и восьмой планетами — Ураном и Нептуном, — но прежде чем они могли быть поглощены этими растущими мирами, гравитационные резонансы выбросили их в область далеко за Нептуном. Там они совместно образовали «Рассеянный диск» — объекты на сильно вытянутых орбитах, значительно наклонённых к плоскости Солнечной системы. Такие объекты называют динамически «горячими».
И всё же даже «горячие» транснептуновые объекты, по-видимому, сопротивлялись изменениям поверхностного состава.
«Эти динамически горячие объекты сохраняют подпись того места, где они родились, даже несмотря на то, что их орбиты с тех пор были полностью перепутаны», — сказал Дэвид Триллинг из Университета Северной Аризоны.
Это ведёт к одной из двух удивительных возможностей. Либо далеко от Солнца происходит гораздо меньше ударов, чем думали астрономы, — что не совпадает с нашими представлениями о плотности населения объектов там. Либо удары и столкновения действительно происходят, но по какой-то причине не разрушают поверхность маленьких транснептуновых объектов так сильно, как можно было бы ожидать.
Благодаря инфракрасному зрению «Джеймса Уэбба» Мариэль Эдуардо смогла определить распределение размеров этих объектов. Когда мы смотрим в видимом свете, яркость транснептунового объекта зависит от того, насколько отражает его поверхность — свойства, называемого альбедо. Более крупное тело с составом, который не очень хорошо отражает свет, может казаться тусклее на том же расстоянии, чем меньший объект, покрытый блестящим льдом.
Однако в инфракрасном диапазоне яркость объекта зависит в основном от его размера. Это позволило точно определить диаметры всех 27 объектов. И тут выяснилось: очень маленьких транснептуновых объектов, по-видимому, меньше, чем предсказывают модели их формирования.
«Очень интересно, что процесс формирования планетезималей в итоге даёт одинаковое распределение размеров и для холодных, и для горячих популяций, несмотря на то, что они формировались в разных областях ранней Солнечной системы, — сказала Эдуардо. — Этот процесс, похоже, нечувствителен к условиям диска, производя похожие размеры планетезималей независимо от того, горячий диск или холодный, плотный или рыхлый».
Эти наблюдения доводят возможности «Хаббла» и «Уэбба» до предела. Транснептуновые объекты невероятно тусклые — их блеск составляет от 24,1 до 29,3 звёздной величины. Это эквивалентно тому, как если бы вы пытались разглядеть рой светлячков на Луне с Земли. Таким образом, это самый глубокий на сегодняшний день обзор относительно неизвестного царства за Нептуном — именно то, чего можно ожидать, когда два таких мощных космических телескопа работают вместе.
Исследование опубликовано в «Астрономическом журнале» двумя отдельными статьями восьмого сентября: одна посвящена цвету и составу, другая — распределению размеров транснептуновых объектов.
