Forskere opdager CO₂- og CO-is i udkanten af ​​solsystemet

Opdagelsen af ​​isen kan yderligere hjælpe os med at forstå dannelsen af ​​vores solsystem, og hvordan himmellegemer kan have migreret, siger han.

"Trans-neptunske objekter er relikvier fra planetdannelsesprocessen," siger de Prá. "Disse fund kan pålægge vigtige begrænsninger for, hvor disse objekter blev dannet, hvordan de nåede det område, de bebor i dag, og hvordan deres overflader har udviklet sig siden deres dannelse. Fordi de er dannet i større afstande til solen og er mindre end planeterne, indeholder de den uberørte information om den oprindelige sammensætning af den protoplanetariske skive."

Krønisering af oldtidens is

Kulilteis blev observeret på Pluto af New Horizons-sonden, men ikke før JWST var der et observatorium, der var kraftigt nok til at lokalisere og detektere spor af kulilteis eller kuldioxidis på den største befolkning af TNO'er.

Kuldioxid findes almindeligvis i mange genstande i vores solsystem. Så DiSCo-teamet var nysgerrige efter at se, om det fandtes i større mængder uden for Neptuns rækkevidde.

Mulige årsager til manglen på tidligere påvisninger af kuldioxidis på TNO'er inkluderer en lavere overflod, ikke-flygtig kuldioxid, der bliver begravet under lag af andre mindre flygtige is og ildfast materiale over tid, omdannelse til andre molekyler gennem bestråling og simple observationsbegrænsninger , ifølge undersøgelsen.

Opdagelsen af ​​kuldioxid og kulilte på TNO'erne giver en vis kontekst, samtidig med at det rejser mange spørgsmål, siger de Prá.

"Mens kuldioxiden sandsynligvis blev ophobet fra den protoplanetariske skive, er oprindelsen af ​​kulilten mere usikker," siger han. "Sidstnævnte er en flygtig is selv i de kolde overflader af TNO'erne. Vi kan ikke udelukke, at kulilte var primært ophobet og på en eller anden måde blev bevaret indtil den nuværende dato. Dataene tyder dog på, at det kunne være produceret af bestrålingen fra kulstofholdig is."

En lavine af svar

Bekræftelse af tilstedeværelsen af ​​kuldioxid og kulilte på TNO'er åbner mange muligheder for yderligere at studere og kvantificere, hvordan eller hvorfor det er til stede, siger Pinilla-Alonso, som også var medforfatter til undersøgelsen og leder DiSCo-TNOs-programmet.

"Opdagelsen af ​​kuldioxid på trans-neptunske objekter var spændende, men endnu mere fascinerende var dens egenskaber," siger hun. "Det spektrale aftryk af kuldioxid afslørede to forskellige overfladesammensætninger i vores prøve. I nogle TNO'er er kuldioxid blandet med andre materialer som methanol, vandis og silikater. Men i en anden gruppe - hvor kuldioxid og kulilte er de vigtigste overfladekomponenter - den spektrale signatur var slående unik. Dette skarpe kuldioxid-aftryk er ulig noget, der er observeret på andre solsystemlegemer eller endda replikeret i laboratoriemiljøer."

Det synes nu klart, at når kuldioxid er rigeligt, ser det ud til at være isoleret fra andre materialer, men dette alene forklarer ikke båndformen, siger Pinilla-Alonso. At forstå disse kuldioxidbånd er et andet mysterium, sandsynligvis knyttet til deres unikke optiske egenskaber, og hvordan de reflekterer eller absorberer specifikke farver af lys, siger hun.

Det blev almindeligt antaget, at kuldioxid måske kan være til stede i TNO'er, da kuldioxid findes i en gasformig tilstand i kometer, som er sammenlignelige i sammensætning, siger Pinilla-Alonso.

"I kometer observerer vi kuldioxid som en gas, frigivet fra sublimering af is på eller lige under overfladen," siger hun. "Men da kuldioxid aldrig var blevet observeret på overfladen af ​​TNO'er, var den almindelige overbevisning, at det var fanget under overfladen. Vores seneste resultater ophæver denne opfattelse. Vi ved nu, at kuldioxid ikke kun er til stede på overfladen af ​​TNO'er. men er også mere almindelig end vandis, som vi tidligere troede var det mest udbredte overflademateriale. Denne åbenbaring ændrer dramatisk vores forståelse af sammensætningen af ​​TNO'er og antyder, at de processer, der påvirker deres overflader, er mere komplekse, end vi var klar over."

Optøning af data

Studiets medforfattere Elsa Hénault, en ph.d.-studerende ved Université Paris-Saclays Institut d'Astrophysique Spatiale og det franske nationale center for videnskabelig forskning, og Rosario Brunetto, Hénaults vejleder, bragte et laboratorie- og kemisk perspektiv ind i fortolkningen af ​​JWST-observationer.

Hénault analyserede og sammenlignede absorptionsbåndene for kuldioxid og kulilte på tværs af alle objekter. Selvom der var rigeligt med beviser for isen, var der en stor mangfoldighed i overflod og udbredelse, siger Hénault.

"Mens vi fandt CO₂ for at være allestedsnærværende på tværs af TNO'er, er det bestemt ikke ensartet fordelt," siger hun. "Nogle genstande er fattige på kuldioxid, mens andre er meget rige på kuldioxid og viser kulilte. Nogle genstande viser ren kuldioxid, mens andre har det blandet med andre forbindelser. Ved at forbinde kuldioxidens karakteristika til orbitale og fysiske parametre kunne vi konkludere, at kuldioxidvariationer sandsynligvis er repræsentative for objekternes forskellige formationsregioner og tidlige udvikling."

Gennem analyse er det meget sandsynligt, at kuldioxid var til stede i den protoplanetariske skive, men kulilte er usandsynligt, at det er primordialt, siger Hénault.

"Culmonoxid kunne effektivt dannes af det konstante ionbombardement, der kommer fra vores sol eller andre kilder," siger hun. "Vi udforsker i øjeblikket denne hypotese ved at sammenligne observationerne med ionbestrålingseksperimenter, der kan reproducere de frysende og ioniserende forhold for TNO-overflader."

Forskningen bragte nogle klare svar på mangeårige spørgsmål, der går tilbage til opdagelsen af ​​TNO'er for næsten 30 år siden, men forskerne har stadig en lang vej at gå, siger Hénault.

"Der er nu rejst andre spørgsmål," siger hun. "I særdeleshed i betragtning af oprindelsen og udviklingen af ​​kulilte. Observationerne over hele det spektrale område er så rige, at de helt sikkert vil holde videnskabsmænd beskæftiget i de kommende år."

Selvom DiSCo-programmets observationer nærmer sig en afslutning, har analysen og diskussionen af ​​resultaterne stadig lang vej igen. Den grundlæggende viden opnået fra undersøgelsen vil vise sig at være et vigtigt supplement til fremtidig planetarisk videnskab og astronomiforskning, siger de Prá.

"Vi har kun ridset overfladen af, hvad disse genstande er lavet af, og hvordan de er blevet til," siger han. "Vi er nu nødt til at forstå forholdet mellem disse is og de andre forbindelser, der er til stede i deres overflader og forstå samspillet mellem deres dannelsesscenarie, dynamiske udvikling, flygtige tilbageholdelse og bestrålingsmekanismer gennem solsystemets historie."