En ring av isiga stenar som kretsar runt vår sol strax bortom Neptunus kan ge oss en glimt av hur Neptunus – och andra föremål i utkanten av vårt solsystem – bildades.
Mors-Somnus, en binär duo som består av ett par isiga asteroider bundna av gravitation, kom nyligen fram till att ha sitt ursprung i Kuiperbältet, vilket innebär att det kan tjäna som en grund för att studera och berika vår förståelse av Neptunus och himmelskas dynamiska historia. kroppar kända som trans-neptuniska objekt (TNOs).
Den lovande studien, publicerad nyligen i tidskriften Astronomy &Astrophysics , markerar första gången detta har uppnåtts och fungerar som ett viktigt landmärke för det UCF-ledda programmet Discovering the Surface Compositions of Trans-Neptunian Objects—eller DiSCo-TNOs—som är en del av den första cykeln av James Webb Space Telescopes ( JWST) fokuserade många program på att analysera vårt solsystem.
Ana Carolina de Souza Feliciano och Noemí Pinilla-Alonso, en postdoktor och professor i planetvetenskap vid UCF:s Florida Space Institute respektive, är medförfattare till studien och en del av DiSCo-teamet som studerar unika spektrala egenskaper hos små himlakroppar bortom Neptunus inom Kuiperbältet.
Det som är unikt för detta arbete är att det är möjligt att studera ytsammansättningen av två komponenter i det binära paret av små TNO:er, vilket aldrig hade gjorts tidigare och kan ha konsekvenser för hur vi förstår hela regionen bortom Neptunus.
De Souza Feliciano ledde just denna studie som en del av Pinilla-Alonsos större DiSCo-TNO-program. Teamet använde JWST:s breda spektrala kapacitet för att analysera elementarsammansättningen av ett halvdussin misstänkta närbesläktade TNO-ytor för att bekräfta att Mors-Somnus har mycket gemensamt med sina angränsande TNO:er. Dessa i stort sett ostörda TNO:er betecknas som "kallklassiska" och kan fungera som referenspunkter där Neptunus inte störde dem under sin migrering.
Tillsammans kan de binära objekten och andra närliggande TNO:er i samma dynamiska grupp fungera som en indikator för att potentiellt spåra Neptunus migration innan den satte sig i sin slutliga omloppsbana, säger forskarna.
Binärer separerade av avstånd, som Mors-Somnus är, överlever sällan utanför områden som är bundna av gravitation och skyddade av andra isfläckar och stenar som Kuiperbältet. För att överleva implantation i sådana områden kräver de en långsam transportprocess mot sin destination.
På grund av det liknande spektroskopiska beteendet hos Mors och Somnus och deras likheter med den kalla-klassiska gruppen, fann forskarna sammansättningsbevis för bildandet av detta binära par bortom 30 astronomiska enheter (nästan 2,7 miljarder miles bort), vilket också antas i tidigare publicerad litteratur för regionen där de kallklassiska TNO:erna också bildas.
Den stadiga strömmen av upptäckter som denna var något förväntad, eftersom de första data från DiSCo-TNOs studier på nästan 60 TNO började sippra in så tidigt i slutet av 2022.
"När vi började analysera Mors- och Somnus-spektra, kom mer data, och sambandet mellan de dynamiska grupperna och kompositionsbeteendet var naturligt", säger de Souza Feliciano.
Mer specifikt, att studera sammansättningen av små himlakroppar som Mors-Somnus ger oss värdefull information om var vi kom ifrån, säger Pinilla-Alonso.
"Vi studerar hur den faktiska kemin och fysiken hos TNO:erna speglar fördelningen av molekyler baserade på kol, syre, kväve och väte i molnet som födde planeterna, deras månar och de små kropparna", säger hon. "Dessa molekyler var också ursprunget till liv och vatten på jorden."
Men hon säger att det fortfarande finns stora möjligheter att föra fram vår kunskap om historien om den trans-neptuniska regionen med JWSTs oöverträffade spektrala krafter.
"För första gången kan vi inte bara lösa bilder av system med flera komponenter som rymdteleskopet Hubble, utan vi kan också studera deras komposition med en detaljnivå som bara Webb kan tillhandahålla", säger Pinilla-Alonso. "Vi kan nu undersöka bildningsprocessen för dessa binärer som aldrig förr."
Även om Pinilla-Alonso skapade DiSCo-TNOs-programmet, litar hon på att hennes kollegor som de Souza Feliciano dechiffrerar resultaten och genererar värdefull forskning.
"Jag är stolt över att ha spelat en roll i att tillhandahålla nödvändiga data och stöd till (Ana) Carol(olina), en briljant UCF-postdoktor som har varit den sanna ledaren för detta arbete," säger Pinilla-Alonso. "Med Webb-teleskopet inställt på att hålla i årtionden är detta en fantastisk möjlighet för nästa generations forskare att ta steget upp och leda sina vetenskapsprojekt."
Att vara en banbrytare för sådana otroliga upptäckter är verkligen spännande, tillägger de Souza Feliciano.
"Före JWST fanns det inget instrument som kunde få information från dessa objekt i det våglängdsområdet", säger hon. "Jag känner mig glad över att få delta i den era som invigdes av JWST."
Mer information: A.C. Souza-Feliciano et al, Spektroskopi av den binära TNO Mors–Somnus med JWST och dess förhållande till de kalla klassiska och plutinosubpopulationer som observerades i DiSCo-TNO-projektet, Astronomy &Astrophysics (2024). DOI:10.1051/0004-6361/202348222
Tillhandahålls av University of Central Florida
