تلسکوپهای فضایی هابل و جیمز وب با همکاری یکدیگر برخی از کوچکترین و دورترین اجرام منظومه شمسی را هدف قرار دادهاند و کشف کردند که تاریخچه این اجرام کوچک مرموزتر از آن چیزی است که تصور میکردیم.
این دو رصدخانه مداری به طور مشترک ۲۷ شیء فراتر از نپتون جدید یا TNO کشف کردند که قطر همه آنها کمتر از ۲۵ مایل (۴۰ کیلومتر) است و کوچکترین آنها تنها ۶ مایل (۱۰ کیلومتر) قطر دارد. همانطور که از نامشان پیداست، TNOها در مدار خورشید در فاصلهای بسیار دورتر از نپتون گردش میکنند. برخی از آنها در آغاز شکلگیری منظومه شمسی در همان نقاط متولد شدند و به عنوان سیارکوارههای کوچکی باقی ماندند که نتوانستند گام نهایی برای تبدیل شدن به سیاره را بردارند.
مدلهای تشکیل این TNOها پیشبینی میکردند که آنها باید تحت تأثیر برخوردهای مکرر قرار گرفته باشند که مواد سطحی آنها را مخلوط کند، به طوری که ترکیب و در نتیجه رنگ آنها با TNOهای بزرگتر متفاوت باشد. اما مشاهدات جدید، به رهبری دو دانشجوی دکتری، آناستازیا مورگان از دانشگاه شمال آریزونا و ماریله ادواردو از دانشگاه ویکتوریا، خلاف این را نشان داد – TNOهای کوچک همچنان به همان اندازه که در روز تشکیلشان بودند، دستنخورده به نظر میرسند.
«میتوانید سناریویی را تصور کنید که در آن ضربه خوردن و قطعهقطعه شدن باعث تغییر ترکیب سطحی شود و در نتیجه رنگ سطحی متفاوتی را برای TNOهای کوچک در مقایسه با خواهران بزرگترشان ببینیم»، مورگان که تحلیل رنگ و ترکیب را هدایت میکرد، در یک بیانیه اظهار داشت. «بنابراین واقعاً جذاب است که ببینیم کوچکترین اجرام به نوعی "به یاد میآورند" و تاریخچه نحوه تشکیل خود را حفظ کردهاند.»
TNOهای بومی کمربند کوئیپر در مدارهای تقریباً دایرهای حول خورشید حرکت میکنند و همسطح با صفحه دایرةالبروج هستند، یعنی صفحه تخت خیالی که سیارات و سایر اجرام در آن به دور ستاره ما میگردند. گفته میشود که آنها از نظر پویایی «سرد» هستند زیرا از زمان تشکیل خود جابهجایی چندانی نداشتهاند.
اما TNOهای دیگر بین سیاره هفتم و هشتم، اورانوس و نپتون تشکیل شدند، اما قبل از آنکه بتوانند هنگام رشد آن سیارات جذب شوند، توسط تشدیدهای گرانشی به منطقهای بسیار دورتر از نپتون پرتاب شدند و مجموعهای از اجرام را در مدارهای کشیده با انحراف زیاد نسبت به صفحه منظومه شمسی تشکیل دادند که به طور جمعی «دیسک پراکنده» نامیده میشود. چنین TNOهایی به عنوان اجرامی که از نظر پویایی «گرم» هستند شناخته میشوند.
با این حال، حتی TNOهای «گرم» نیز به نظر میرسد در برابر هرگونه تغییری در ترکیب سطحی خود مقاومت کردهاند.
«این TNOهای گرم از نظر پویایی امضای محل تولد خود را حفظ کردهاند، اگرچه از آن زمان مدارشان به شدت بهم ریخته است»، دیوید تریلینگ از دانشگاه شمال آریزونا گفت.
این امر منجر به یکی از دو احتمال شگفتانگیز میشود. یا تعداد برخوردهای رخ داده در فاصله دور از خورشید بسیار کمتر از آنچه ستارهشناسان فکر میکردند است، که با آنچه درباره تراکم جمعیتی اجرام در آنجا میدانیم سازگار نیست، یا اینکه برخوردها و تصادفات رخ میدهند اما به دلایلی سطح TNOهای کوچک را آنقدر که انتظار داریم مخدوش نمیکنند.
به لطف دید مادون قرمز تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST)، ماریله ادواردو توانست توزیع اندازه TNOها را مشخص کند. وقتی در نور مرئی نگاه میکنیم، روشنایی ظاهری یک TNO تا حدی به میزان بازتابندگی سطح آن بستگی دارد، ویژگیای که به آن البِیدو (albedo) گفته میشود. یک جرم بزرگتر با ترکیبی که بازتابندگی زیادی ندارد، ممکن است در همان فاصلهای که یک جرم کوچکتر پوشیده از یخ براق قرار دارد، کمنورتر به نظر برسد.
با این حال، در طولموجهای مادون قرمز، روشنایی یک جرم عمدتاً به اندازه آن بستگی دارد و امکان تعیین دقیق قطر ۲۷ TNO را فراهم میکند. به طور شگفتانگیز، به نظر میرسد تعداد TNOهای بسیار کوچک کمتر از آنچه مدلهای تشکیل آنها پیشبینی میکنند، وجود دارد.
«بسیار جالب است که فرآیند تشکیل سیارکوارهها در نهایت توزیع اندازه یکسانی را برای هر دو جمعیت سرد و گرم تولید میکند، علیرغم تشکیل در مناطق مختلف منظومه شمسی اولیه»، ادواردو گفت. «به نظر میرسد این فرآیند نسبت به شرایط دیسک [سیارهساز] حساس نیست و چه دیسک گرم یا سرد و چه متراکم یا رقیق باشد، سیارکوارههای مشابهی تولید میکند.»
این مشاهدات تواناییهای هابل و JWST را تا حد ممکن به چالش میکشد. TNOها به شدت کمنور هستند و قدر ستارهای آنها بین ۲۴.۱ و ۲۹.۳ توصیف شده است؛ معادلی برای دیدن دستهای از کرمهای شبتاب روی ماه از زمین. بنابراین، این عمیقترین بررسی تاکنون از قلمرو نسبتاً ناشناخته فراتر از نپتون است، درست همانطور که از گرد هم آمدن این دو تلسکوپ فضایی قدرتمند انتظار میرود.
این تحقیق در مجله نجوم (The Astronomical Journal) به صورت دو مقاله جداگانه در ۸ سپتامبر منتشر شد؛ یکی درباره رنگ و ترکیب و دیگری درباره توزیع اندازه TNOها.