Японские астрономы обнаружили тонкую атмосферу у крошечного тела на окраине Солнечной системы — транснептунового объекта (612533) 2002 XV93 диаметром около 500 километров. Прежде газовая оболочка в этой области была подтверждена только у Плутона. Как она появилась у столь маленького тела, неясно: оба возможных сценария — удар кометы или активность ледяных вулканов — порождают больше вопросов, чем ответов.
Источник изображения: NAOJ
Открытие сделала группа профессиональных астрономов и любителей под руководством Ко Аримацу (Ko Arimatsu) из обсерватории Исигакидзима, входящей в Национальную астрономическую обсерваторию Японии (NAOJ). 10 января 2024 года с четырёх наблюдательных пунктов в Японии они отследили, как объект 2002 XV93 прошёл перед тусклой звездой 15-й звёздной величины и на короткое время заслонил её свет.
Чтобы оценить, насколько тусклой была эта звезда: у Луны звёздная величина около −12, и чем больше число по этой шкале, тем слабее свет. Если бы у объекта 2002 XV93 не было атмосферы, далёкая звезда для земных наблюдателей погасла бы мгновенно — будто её выключили, как лампу. Однако телескопы зафиксировали другое: её блеск плавно ослабевал в течение нескольких секунд и только потом исчез полностью. Такое постепенное угасание возможно лишь тогда, когда свет звезды проходит сквозь газовую оболочку вокруг заслоняющего её тела и преломляется в ней.
Подобное событие видно с Земли только вдоль очень узкой полосы — там, где объект, звезда и наблюдатель оказываются на одной прямой. Если расставить телескопы по краям этой полосы и сравнить, когда именно звезда исчезла из виду в каждом из них, можно вычислить размер и форму самого тела. Среди использованных инструментов — 1,05-метровый профессиональный телескоп обсерватории Кисо (Kiso Observatory), принадлежащей Токийскому университету, и любительские телескопы диаметром 200 и 250 миллиметров. На них стояли КМОП-камеры, чувствительные к плавному ослаблению блеска звезды.
Атмосфера 2002 XV93 у поверхности оказывает давление от 100 до 200 нанобар — это в 5–10 млн раз меньше земного. По размеру тело почти впятеро уступает Плутону: его диаметр около 500 километров, тогда как у Плутона — 2 377 км. При этом орбита 2002 XV93 устроена так же, как у Плутона: за то время, пока Нептун делает три оборота вокруг Солнца, оба этих тела успевают совершить ровно по два. Из-за этого свойства астрономы относят 2002 XV93 к плутино — небольшим телам, чьё движение синхронизировано с Нептуном так же, как у Плутона.
Плутон достаточно массивен, чтобы удерживать тонкую атмосферу — её называют экзосферой. Это происходит, когда он подходит ближе всего к Солнцу — в точке орбиты, которую астрономы называют перигелием. Льды на его поверхности — молекулярный азот, метан и угарный газ (CO) — нагреваются солнечными лучами и испаряются прямо в газ, минуя жидкое состояние. Когда Плутон затем уходит от Солнца по своей 248-летней орбите, газы охлаждаются и снова осаждаются на поверхность в виде льда. Среднее давление атмосферы Плутона — около 10 микробар, примерно в 50–100 раз больше, чем у только что найденной газовой оболочки 2002 XV93, но всё равно почти в 100 тысяч раз ниже земного. Ни у одного другого тела в поясе Койпера атмосферу до сих пор не находили, хотя на соседней с Плутоном карликовой планете Макемаке астрономы фиксировали выделение метана.
Из чего состоит атмосфера 2002 XV93, неизвестно. По аналогии с Плутоном можно было бы ожидать азот с примесями метана и CO, однако более ранние наблюдения Космического телескопа NASA «Джеймс Уэбб» (James Webb) этих льдов на поверхности тела не нашли. А при температуре всего на 40–50 градусов выше абсолютного нуля — это около минус 220 градусов Цельсия — водяной лёд и замёрзший углекислый газ тоже не могут испариться и перейти в газ.
Откуда тогда взялась атмосфера? Группа Аримацу предлагает две версии. По первой, с (612533) 2002 XV93 столкнулась комета и принесла газы. Однако из-за слабой гравитации такая атмосфера улетучилась бы в космос менее чем за тысячу лет. Если эта версия верна, значит, нам исключительно повезло наблюдать объект как раз вскоре после редкого события. По второй версии, льды залегают под поверхностью и были выброшены наружу криовулканической активностью — но что её питает у такого холодного и небольшого тела, остаётся загадкой.
Каким бы ни оказался ответ, открытие меняет прежние представления о том, какие миры в принципе могут удерживать атмосферу. «Это открытие говорит о том, что традиционное представление, будто глобальные плотные атмосферы формируются только вокруг крупных планет, нуждается в пересмотре», — написала группа Аримацу в своей научной работе. Следующая задача — выяснить, из чего эта оболочка состоит. Лучше всего для такой работы подходит «Джеймс Уэбб». Многое прояснит и наблюдение за тем, как со временем меняется её плотность. Если в ближайшие годы плотность снизится, значит, газы постепенно улетучиваются в космос — а это работает в пользу версии о столкновении с кометой. Если же плотность останется прежней, оболочку, по всей видимости, пополняет что-то из недр самого 2002 XV93 — то есть верна версия о криовулканах — извержениях ледяных вулканов, выбрасывающих наружу не магму, а смесь газов и замёрзших летучих веществ.