Sfeer gespot rond een klein, verafgelegen object in het zonnestelsel

Astronomen hebben voor het eerst een dunne atmosfeer rond een klein hemellichaam in het buitenste deel van het zonnestelsel ontdekt – een object waarvan eerder werd gedacht dat het te klein was om de aanwezigheid van een atmosfeer te ondersteunen.

In de Kuipergordel aan de rand van ons zonnestelsel bevinden zich duizenden bevroren, rotsachtige lichamen die trans-Neptuniaanse objecten of TNO’s worden genoemd, overblijfselen van de vorming ervan 4,5 miljard jaar geleden.

De dwergplaneet Pluto is de grootste van deze TNO’s, zo genoemd omdat ze zich buiten de baan van Neptunus bevinden.

De ijskoude temperaturen en de zwakke oppervlaktezwaartekracht van de kleine lichamen hebben astronomen lange tijd doen geloven dat ze niet in staat zijn een atmosfeer vast te houden – met uitzondering van Pluto, die een dunne atmosfeer heeft. Atmosferen, vooral dichte, vormen zich doorgaans rond grote planeten of manen, waaronder de grootste satelliet van Saturnus, Titan.

Ondertussen lijken dwergplaneten Eris, Haumea, Makemake en dwergplaneet Quaoar, de grootste TNO’s na Pluto, geen atmosfeer te hebben.

Tijdens een zeldzame waarnemingsmogelijkheid ontdekten astronomen in Japan de dunne schil van een atmosfeer rond een TNO die bekend staat als (612533) 2002 XV₉₃Dat blijkt uit een onderzoek dat maandag in het tijdschrift is gepubliceerd Natuur Astronomie.
Terwijl Pluto een diameter heeft van 2.377 kilometer (1.477 mijl), 2002 XV₉₃ beslaat slechts ongeveer 311 mijl (500 kilometer) breed.

De onverwachte ontdekking – gedaan door Dr. Ko Arimatsu, universitair hoofddocent en hoofddocent bij het National Astronomical Observatory of Japan, en zijn collega’s – zou een ongekend inzicht kunnen bieden in hoe een atmosfeer rond een klein object ontstaat en blijft, en de manier veranderen waarop astronomen over objecten in de Kuipergordel denken.

Toen januari 2024 naderde, bereidden Arimatsu en zijn collega’s zich voor op de unieke kans om een ​​TNO te observeren terwijl deze voor een heldere ster langs trok, gezien vanuit Japan.

2002 XVI₉₃ heeft een standaardbaan voor een Kuipergordelobject en is kleiner dan een dwergplaneet, dus er werd niet aangenomen dat hij anders was dan andere TNO’s.

Maar zulke momenten waarop een TNO wordt verlicht door een ster op de kosmische achtergrond, de zogenaamde stellaire occultaties, zijn zeldzame gelegenheden om de grootte, vorm en kenmerken van een klein, ver verwijderd object te bestuderen, zei Arimatsu. De onderzoekers vestigden zich op drie verschillende locaties in Japan, met behulp van observatoria in Kyoto en de prefectuur Nagano, evenals een door burgerwetenschappers gerunde telescoop in Fukushima.

Het licht van de ster vervaagde geleidelijk toen de TNO ervoor bewoog, wat de aanwezigheid van een atmosfeer suggereerde. Als een object geen atmosfeer heeft, verdwijnt een ster en verschijnt veel scherper weer.

“De observatiegegevens lieten een geleidelijke verandering van de helderheid van de ster zien nabij de rand van de schaduw, die ongeveer 1,5 seconde duurde”, schreef Arimatsu in een e-mail. “Dit soort vloeiende helderheidsveranderingen worden op natuurlijke wijze verklaard als het sterlicht wordt afgebogen door een zeer dunne atmosfeer rond het object.”

De onderzoekers berekenden dat 2002 XV₉₃ heeft een atmosfeer die ongeveer 5 tot 10 miljoen keer dunner is dan die van de aarde – en vermoedt twee mogelijkheden over de oorzaak ervan.

De atmosfeer zou het product kunnen zijn van cryovulkanen op het kleine, ijskoude lichaam, die intern gas zoals methaan, stikstof of koolmonoxide van onder het oppervlak vrijgeven. Of een ander object uit de Kuipergordel, zoals een komeet, zou 2002 XV kunnen hebben getroffen₉₃waarbij ook gassen uit de ondergrond vrijkomen.

Als de atmosfeer door een inslag is ontstaan, kan deze slechts enkele honderden jaren meegaan, zei Arimatsu. Maar als regelmatige cryovulkanische activiteit de atmosfeer routinematig aanvult met het vrijkomen van gas, zou dit veel langer kunnen duren, voegde hij eraan toe.

Toekomstige waarnemingen van 2002 XV₉₃hetzij door meer mogelijkheden voor occultatie van sterren, hetzij door gebruik te maken van de krachtige James Webb-ruimtetelescoop, zal astronomen helpen de aard van de atmosfeer beter te karakteriseren en de oorsprong ervan te bepalen, evenals hoe de atmosfeer in de loop van de tijd evolueert.

“Als de toekomstige occultatiewaarnemingen een gestage afname van de druk laten zien, zou dit kunnen duiden op een impact op korte termijn,” zei Arimatsu.

De Webb-telescoop zou ook de methaan- of koolmonoxide-emissies van het object kunnen detecteren en de samenstelling van de atmosfeer kunnen identificeren.

Het team van Arimatsu zet de zoektocht naar atmosferen rond andere TNO’s voort door te vertrouwen op waarnemingen van stellaire occultatie. Hun bevindingen kunnen helpen bepalen of 2002 XV₉₃ een zeldzame uitzondering op de regel is, of als andere soortgelijke kleine objecten ook een atmosfeer bezitten.

“Dit was een opwindende ontdekking om over te lezen”, zegt dr. Scott S. Sheppard, stafwetenschapper aan het Carnegie Institution for Science in Washington, DC. “Er werd gedacht dat objecten als de XV93 uit 2002 te klein zouden zijn om een ​​atmosfeer te hebben, maar dit resultaat laat zien dat dit niet waar is.”

Sheppard heeft niet meegedaan aan het onderzoek, maar heeft wel TNO’s bestudeerd en ontdekt.

De bevinding benadrukt ook de ontdekking van recente activiteit op XV 2002₉₃Sheppard merkte op of het nu gaat om de uitbarsting van bevroren gassen of de nasleep van materiaal dat langzaam terugvalt op het oppervlak van het object.

“Dit laat zien dat de Kuipergordel geen koude dode plek is,” schreef Sheppard in een e-mail, “maar bruist van activiteit en heeft veel bouwstenen voor het leven.”

Meld u aan voor CNN’s Wonder Theory wetenschappelijke nieuwsbrief. Verken het universum met nieuws over fascinerende ontdekkingen, wetenschappelijke ontwikkelingen en meer.