Japanski tim je tokom okultacije 10. januara 2024. zabeležio postepeno prigušenje zvezde koje može ukazivati na tanku atmosferu oko trans-neptunskog objekta 2002 XV93. Atmosferski modeli daju površinske pritiske od ~124–177 nanobara, znatno manje od Plutona, ali i iznad prethodnih ograničenja za TNO objekte. Moguća objašnjenja su nedavni impakt ili kratkotrajna kriovulkanska aktivnost — za razjašnjenje su neophodna ponovna posmatranja i spektroskopija JWST-a.
Neočekivana atmosfera oko malog ledenog sveta iza Plutona otkrivena zvezdanom okultacijom
Artist’s conception of this research showing an imagined time sequence as a star passes behind a TNO with an atmosphere. (CREDIT: NAOJ)
Japanski tim predvođen Ko Arimatsuem prijavio je neočekivani signal tokom zvezdane okultacije 10. januara 2024. koji ukazuje na veoma tanku atmosferu oko trans-neptunskog objekta 2002 XV93. Posmatranja sa tri stanice (Kyoto, Kiso i Fukushima) zabeležila su postepeno prigušenje zvezdane svetlosti, što više odgovara prolasku kroz gasni sloj nego naglom prekidu svetlosti koji bi dao potpuno bezvazdušni objekat.
Kako su došli do otkrića
Kampanja TABASCO (Trans-Neptunian Atmospheres And Belts Analysis Through Stellar-occultation Coordinated Observations) organizovala je posmatranja na četiri lokacije; tri su dala upotrebljive podatke. Kyoto je koristio prenosivi 20 cm teleskop, Kiso Schmidt teleskop od 1,05 m sa Tomo-e Gozen CMOS kamerom, a u Fukushimi je posmatrao 25 cm teleskop kojim rukovodi građanski astronom.
Prediction map of the 2002 XV93 stellar occultation event on 10 January 2024. (CREDIT: Nature Astronomy)
Dve stanice (Kyoto i Kiso) zabeležile su pozitivne okultacione kordove i na osnovu geometrije senke tim je procenio prividni radijus objekta na oko 235 km. Najzanimljiviji su podaci iz Kisa: kod ulaska i izlaska okultacije zvezdana svetlost je opadala postepeno, svaki prelaz je trajao ~1,5 sekundi. U Fukušimi je zabeležen mogući postepeni pad od ~10 sekundi sa statističkom jačinom oko 4,0 σ.
Da li je to atmosfera?
Nakon što su isključili uobičajene efekte difrakcije i konačne veličine zvezde, autori su razmatrali da li prstenovi ili prašina mogu objasniti signale. Takvo objašnjenje zahtevalo bi veoma usku, gustu prašnu zonu svega nekoliko desetina kilometara iznad površine — strukturu neuobičajenu u poređenju sa poznatim prstenastim sistemima Centaura i TNO-a.
Sky-plane projection of the 2002 XV93 stellar occultation detections. (CREDIT: Nature Astronomy)
Zatim su sproveli ray-tracing modeliranje pojednostavljenih atmosfera dominiranih metanom, azotom ili ugljen-monoksidom. Svaki od tih modela značajno je bolje reprodukovao Kiso svetlosnu krivu nego model bez atmosfere. Najbolji fitovi daju površinske pritiske redom: 124 nanobara (CH4), 177 nanobara (N2) i 159 nanobara (CO). To su pritisi oko 50–100 puta manji od Plutonovog, ali i daleko iznad ranijih ograničenja za većinu TNO objekata.
Problem isparavanja i moguća objašnjenja
Uz temperaturu tipičnu za Kuiperov pojas (≈40–50 K) telo radijusa ~250 km ne bi trebalo mnogo da zadrži hiperhlapljive ices; James Webb Telescope nije detektovao jasne apsorpcione tragove tih ices na površini 2002 XV93. Analize bekstva atmosfere pokazuju da bi pri pritiscima od ~100–200 nanobara gas mogao da opstane samo stotinama do najviše hiljadu godina bez obnavljanja.
The distribution of χ2 values as a function of the circular shadow radius R and surface pressure p obtained by the light-curve fit to the pure CH4 (a), N2-dominant (b), and CO-dominant (c) atmosphere-refraction model. (CREDIT: Nature Astronomy)
Tim predlaže dve glavne mogućnosti:
- Kriovulkanska ili unutrašnja aktivnost — isparavanje iz unutrašnjih rezervoara kroz pukotine ili „seepage“. To zahteva dodatne izvore toplote ili hemijske supstance (npr. amonijak, metanol) koje snižavaju tačku mržnjenja.
- Nedavni impakt — udarac malog kometa ili tela mogao je osloboditi ili izbaciti dovoljno hlapljivih materija da privremeno stvori tanak atmosferički omotač. Međutim, procene učestalosti takvih događaja ukazuju na veoma malu verovatnoću za slučajni impakt u poslednih ~100 godina (reda veličine 10^-5), iako je ta procena nesigurna.
Zašto su dalja posmatranja ključna
Ako pritisak opada brzo u narednim godinama, to bi podržalo hipotezu impakta; stabilne ili sezonske promene više bi ukazivale na unutrašnji izvor. Dodatna spektroskopija, posebno sa James Webb Telescope-om, mogla bi razjasniti sastav eventualne atmosfere. Važno je i da je ovo otkriće omogućeno koordinacijom profesionalaca i građanskih astronoma — dokaz da se značajna naučna otkrića mogu postići i malim teleskopima uz prave tehnologije i organizaciju.
Rezultati su objavljeni u Nature Astronomy. Autori ističu potrebu za ponovljenim okultacijama i ciljanim spektroskopskim posmatranjima kako bi se potvrdila i razjasnila priroda ovog signala.
Pomozite nam da budemo bolji.
