Знайдено докази геотермальної активності на крижаних карликових планетах

Вчені знайшли докази гідротермальної, або метаморфічної, активності на крижаних карликових планетах Ерида (Еріс) та Макемаке, розташованих у Поясі Койпера.

Метан, виявлений на поверхнях цих об′єктів, має характерні ознаки теплої, або навіть гарячої геохімії в їхніх кам′янистих ядрах, що помітно відрізняється від сигнатури метану від комет, розповідається в пресрелізі Південно-Західного науково-дослідного інституту (SwRI), передають OstanniPodii.com.

"Ми бачимо цікаві ознаки спекотних часів у прохолодних місцях", - сказав доктор Крістофер Глейн зі SwRI, експерт з планетарної геохімії та провідний автор статті про це відкриття.

"Я розпочав цей проєкт, думаючи, що великі об′єкти Поясу Койпера повинні мати давні поверхні, заселені матеріалами, успадкованими від первісної сонячної туманності, оскільки їхні холодні поверхні можуть зберігати леткі речовини, такі як метан. Натомість космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST) підніс нам сюрприз. Ми знайшли докази, що вказують на теплові процеси, які виробляють метан всередині Ериди й Макемаке".

Пояс Койпера -- це величезна пончикоподібна область крижаних тіл за орбітою Нептуна на краю Сонячної системи. Ерида й Макемаке за розміром можна порівняти з Плутоном і його супутником Хароном. Ці тіла, ймовірно, сформувалися на початку історії нашої Сонячної системи, близько 4,5 мільярдів років тому. Далеко від тепла нашого Сонця, об′єкти Поясу Койпера вважалися холодними, мертвими об′єктами.

У нещодавно опублікованій роботі на основі даних JWST зроблено перші спостереження ізотопних молекул на поверхнях Ериди й Макемаке. Ці так звані ізотопологи -- це молекули, що містять атоми з різною кількістю нейтронів. Вони надають дані, корисні для розуміння планетарної еволюції.

Команда виміряла склад поверхні карликових планет, зокрема, співвідношення дейтерію (важкого водню, D) до водню (H) в метані. Вважається, що дейтерій утворився під час Великого вибуху, а водень є найпоширенішим у Всесвіті. Співвідношення D/H у планетарному тілі дає інформацію про походження, геологічну історію та шляхи утворення сполук, що містять водень.

"Помірне співвідношення D/H, яке ми спостерігали за допомогою JWST, заперечує наявність первісного метану на давній поверхні. Первісний метан мав би набагато вище співвідношення D/H", - сказав Глейн.

"Натомість, співвідношення D/H вказує на геохімічне походження метану, що утворюється в глибоких надрах. Співвідношення D/H -- це як вікно. Ми можемо використовувати його в певному сенсі, щоб зазирнути в надра. Наші дані свідчать про підвищені температури в кам′янистих ядрах цих світів, що дозволяє утворити метан. Молекулярний азот (N2) також може вироблятися, і ми бачимо це на Ериді. Гарячі ядра також можуть вказувати на потенційні джерела рідкої води під їхньою крижаною поверхнею".

За останні два десятиліття вчені дізналися, що крижані світи можуть бути набагато більш внутрішньо розвинутими, ніж вважалося раніше. Докази існування підповерхневих океанів були знайдені на кількох крижаних супутниках, таких як супутник Сатурна Енцелад і супутник Юпітера Європа. Рідка вода є одним з ключових інгредієнтів у визначенні потенційної придатності планети для життя.

Можливість існування водних океанів всередині Ериди й Макемаке -- це те, що вчені збираються вивчати у найближчі роки. Якщо одна з цих карликових планет придатна для життя, то вона стане найвіддаленішим світом у Сонячній системі, який міг би підтримувати життя. Виявлення хімічних індикаторів внутрішніх процесів -- це ще один крок у цьому напрямку.

"Якщо Ерида й Макемаке містили або, можливо, все ще можуть містити теплу або навіть гарячу геохімію в своїх кам′янистих ядрах, кріовулканічні процеси могли доставити метан на поверхню цих планет, можливо, в геологічно недавні часи", - сказав доктор Вілл Гранді, астроном з Лоуеллської обсерваторії, один зі співавторів.

"Ми виявили співвідношення ізотопів вуглецю (13C/12C), яке вказує на відносно недавнє оновлення поверхні".

Вчені SwRI використали дані космічного телескопа Джеймса Вебба для моделювання підземних геотермальних процесів, які можуть пояснити, як метан опинився на поверхні Ериди й Макемаке, двох карликових планет у далекому Поясі Койпера. Ілюстрація вказує на три можливості, включаючи потенційну можливість існування рідкої води в цих крижаних тілах на краю Сонячної системи, далеко від сонячного тепла. Credit: Southwest Research Institute

Як зазначають в SwRI, ця робота є частиною зміни парадигми в планетарній науці. Все частіше визнається, що холодні, крижані світи можуть бути теплими всередині. Моделі, розроблені для цього дослідження, додатково вказують на утворення геотермальних газів на супутнику Сатурна Титані, який також багатий на метан. Крім того, висновок про несподівану активність на Ериді й Макемаке підкреслює важливість внутрішніх процесів у формуванні того, що ми бачимо на великих об′єктах, і узгоджується з висновками на Плутоні.

"Після прольоту апарату Нові горизонти повз систему Плутона та разом з цим відкриттям Пояс Койпера виявляється набагато більш живим з точки зору розміщення динамічних світів, ніж ми могли собі уявити", - сказав Глейн. "Ще не надто пізно, щоб почати думати про відправлення космічного апарату для прольоту повз одного з цих тіл, щоб помістити дані JWST в геологічний контекст. Я вірю, що ми будемо приголомшені чудесами, які на нас чекають".

Статтю з результатами дослідження було опубліковано в журналі Icarus.