Ett team som leds av Southwest Research Institute hittade bevis för hydrotermisk eller metamorf aktivitet inom de isiga dvärgplaneterna Eris och Makemake, som ligger i Kuiperbältet. Metan som detekteras på deras ytor har tecken på varm eller till och med het geokemi i deras steniga kärnor, vilket är markant annorlunda än signaturen för metan från en komet.
"Vi ser några intressanta tecken på varma tider på svala platser", säger SwRI:s Dr. Christopher Glein, expert på planetarisk geokemi och huvudförfattare till en artikel om denna upptäckt.
"Jag kom in i det här projektet med tanke på att stora Kuiperbältsobjekt (KBO) borde ha gamla ytor befolkade av material som ärvts från den ursprungliga solnebulosan, eftersom deras kalla ytor kan bevara flyktiga ämnen som metan. Istället gav James Webb Space Telescope (JWST) oss en överraskning Vi hittade bevis som pekar på termiska processer som producerar metan inifrån Eris och Makemake."
Kuiperbältet är en stor munkformad region av iskalla kroppar bortom Neptunus omloppsbana i utkanten av solsystemet. Eris och Makemake är i storlek jämförbara med Pluto och dess måne Charon. Dessa kroppar bildades troligen tidigt i vårt solsystems historia, för cirka 4,5 miljarder år sedan. Långt från värmen från vår sol troddes KBO vara kalla, döda föremål.
Nypublicerade arbeten från JWST-studier gjorde de första observationerna av isotopiska molekyler på ytorna av Eris och Makemake. Dessa så kallade isotopologer är molekyler som innehåller atomer med olika antal neutroner. De tillhandahåller data som är användbara för att förstå planetarisk evolution.
JWST-teamet mätte sammansättningen av dvärgplaneternas ytor, särskilt förhållandet deuterium (tungt väte, D) till väte (H) i metan. Deuterium tros ha bildats i Big Bang, och väte är den vanligaste kärnan i universum. D/H-förhållandet på en planetkropp ger information om ursprung, geologisk historia och bildningsvägar för föreningar som innehåller väte.
"Det måttliga D/H-förhållandet som vi observerade med JWST motsäger närvaron av ursprunglig metan på en uråldrig yta. Primordial metan skulle ha ett mycket högre D/H-förhållande," sa Glein.
"Istället pekar D/H-förhållandet på geokemiska ursprung för metan som produceras i det djupa inlandet. D/H-förhållandet är som ett fönster. Vi kan använda det på ett sätt för att titta in i underytan. Våra data tyder på förhöjda temperaturer i steniga kärnor i dessa världar så att metan kan kokas upp molekylärt kväve (N2 ) skulle kunna produceras också, och vi ser det på Eris. Heta kärnor kan också peka på potentiella källor till flytande vatten under deras isiga ytor."
Under de senaste två decennierna har forskare lärt sig att isiga världar kan vara mycket mer internt utvecklade än en gång trott. Bevis för underjordiska hav har hittats vid flera isiga månar, såsom Saturnus måne Enceladus och Jupiters måne Europa. Flytande vatten är en av nyckelingredienserna för att bestämma potentiell planetarisk beboelighet.
Möjligheten av vattenhav inuti Eris och Makemake är något som forskare kommer att studera under de kommande åren. Om någon av dem är beboelig, skulle det bli den mest avlägsna världen i solsystemet som möjligen skulle kunna försörja liv. Att hitta kemiska indikatorer för internt drivna processer tar dem ett steg i denna riktning.
"Om Eris och Makemake var värd för, eller kanske fortfarande kunde vara värd för varm, eller till och med het, geokemi i sina steniga kärnor, skulle kryovulkaniska processer sedan kunna leverera metan till dessa planeters ytor, kanske under geologiskt nyligen tid", säger Dr Will Grundy. en astronom vid Lowell Observatory, en av Gleins medförfattare och huvudförfattare till en följeslagare.
"Vi hittade ett kolisotopförhållande ( 13 C/ 12 C) som antyder relativt nyligen återuppbyggnad."
Detta arbete är en del av ett paradigmskifte inom planetvetenskapen. Det blir alltmer insett att kalla, isiga världar kan vara varma i hjärtat. Modeller som utvecklats för denna studie pekar dessutom på bildandet av geotermiska gaser på Saturnus måne Titan, som också har rikligt med metan. Dessutom understryker slutsatsen av oväntad aktivitet på Eris och Makemake vikten av interna processer för att forma vad vi ser på stora KBO:er och överensstämmer med fynden hos Pluto.
"Efter New Horizons-flygningen av Pluto-systemet, och med denna upptäckt, visar sig Kuiperbältet vara mycket mer levande när det gäller att vara värd för dynamiska världar än vi hade kunnat föreställa oss," sa Glein. "Det är inte för tidigt att börja fundera på att skicka en rymdfarkost att flyga förbi en annan av dessa kroppar för att placera JWST-data i ett geologiskt sammanhang. Jag tror att vi kommer att häpna över de underverk som väntar."
Uppsatsen är publicerad i tidskriften Icarus .
Mer information: Christopher R. Glein et al, Måttliga D/H-förhållanden i metanis på Eris och Makemake som bevis på hydrotermiska eller metamorfa processer i deras inre:Geokemisk analys, Icarus (2024). DOI:10.1016/j.icarus.2024.115999
Tillhandahålls av Southwest Research Institute
