Космические телескопы James Webb и Hubble обнаружили 27 ранее неизвестных транснептуновых объектов — небольших ледяных тел, которые обращаются вокруг Солнца дальше Нептуна. Все они имеют диаметр менее 40 км, а самый маленький — около 10 км. Наблюдения показали неожиданную особенность: даже самые маленькие объекты сохранили признаки своего происхождения, хотя ученые ожидали, что многочисленные столкновения давно должны были изменить их поверхность.

Исследование стало самым глубоким наблюдением удаленной области Солнечной системы. Два телескопа фактически работали вместе: Hubble помогал изучать цвет и состав объектов, а инфракрасное зрение Webb позволило точнее определить их размеры.

Маленькие объекты должны были выглядеть иначе

Транснептуновые объекты — остатки ранней Солнечной системы. Некоторые из них сформировались далеко за орбитой Нептуна и с тех пор почти не меняли свои траектории. Такие тела находятся в поясе Койпера и движутся по относительно спокойным, почти круговым орбитам.

Другие образовались ближе к Солнцу — между будущими Ураном и Нептуном. По мере роста планет гравитационные взаимодействия вытолкнули часть этих тел далеко наружу. Сейчас они находятся в так называемом рассеянном диске и движутся по вытянутым орбитам, сильно наклоненным к плоскости Солнечной системы.

Ученые называют первые объекты «динамически холодными», а вторые — «динамически горячими».

Согласно моделям формирования Солнечной системы, маленькие тела должны были особенно сильно пострадать от столкновений. Удары и разрушения должны были перемешать поверхностный материал и изменить его состав, а значит, и цвет.

Новые наблюдения показали обратное.

Даже после столкновений поверхность почти не изменилась

27 обнаруженных объектов оказались настолько малыми, что их поверхности, судя по наблюдениям, по-прежнему несут признаки условий, в которых они сформировались.

Особенно удивительно, что это касается не только спокойных объектов пояса Койпера. Даже «горячие» транснептуновые тела, которые за миллиарды лет были выброшены на сильно вытянутые и наклонные орбиты, сохранили химические особенности места своего рождения.

По словам Дэвида Триллинга из Университета Северной Аризоны, эти объекты продолжают хранить информацию о своем происхождении, несмотря на то, что их орбиты за это время были полностью перемешаны гравитационными взаимодействиями.

Исследовательница Анастасия Морган, руководившая анализом цвета и состава объектов, отметила, что ученые ожидали увидеть другую картину: многочисленные столкновения должны были изменить поверхность небольших тел. Вместо этого самые маленькие объекты словно сохранили «память» о процессе своего формирования.

Астероиды сталкиваются реже или их поверхности крепче, чем считалось?

Наблюдения оставляют ученым как минимум два возможных объяснения.

Первое: в далекой внешней части Солнечной системы происходит значительно меньше столкновений, чем предполагали существующие модели. Но это плохо согласуется с предполагаемым количеством объектов в этой области.

Второе: столкновения действительно происходят, однако каким-то образом не изменяют поверхность небольших транснептуновых тел настолько сильно, как ожидалось.

Какой из вариантов верен, пока неизвестно. В любом случае результаты показывают, что представления о том, как меняются небольшие ледяные тела на окраинах Солнечной системы, нуждаются в пересмотре.

Webb увидел то, что невозможно определить по обычному свету

Телескоп James Webb оказался особенно важен для определения размеров найденных объектов.

В видимом свете яркость транснептунового объекта зависит не только от его размера, но и от отражательной способности поверхности. Поэтому маленькое тело с ярким льдом может выглядеть ярче более крупного, но темного объекта.

В инфракрасном диапазоне ситуация другая: излучение объекта в значительно большей степени зависит от его размера. Это позволило исследователям точнее определить диаметр всех 27 тел.

И здесь обнаружилась еще одна неожиданность: очень маленьких транснептуновых объектов оказалось меньше, чем предсказывают модели их формирования.

Причем распределение размеров оказалось удивительно похожим у «холодных» и «горячих» популяций, хотя они сформировались в разных областях ранней Солнечной системы. Это может означать, что процесс образования планетезималей был менее чувствителен к условиям в протопланетном диске, чем считалось.

Телескопы увидели почти невозможное

Наблюдать эти объекты крайне сложно. Их видимая звездная величина находится примерно в диапазоне от 24,1 до 29,3. Исследователи сравнивают такую задачу с попыткой увидеть с Земли рой светлячков на поверхности Луны.

Именно поэтому совместное наблюдение Hubble и Webb стало самым глубоким исследованием внешней Солнечной системы на сегодняшний день.

Оба телескопа фактически заглянули в область, где находятся одни из самых слабых и далеких объектов, доступных для наблюдений. И вместо ожидаемой картины — сильно измененных столкновениями обломков — увидели небольшие тела, которые каким-то образом сохранили следы своего далекого прошлого.

Результаты двух исследований опубликованы 8 сентября в The Astronomical Journal. Одна работа посвящена цвету и составу транснептуновых объектов, другая — их распределению по размерам.