Teleskop Webba dokonał unikalnego odkrycia kilku dżetów gazowych wyrzuconych z tajemniczego, kilkudziesięcio-kilometrowego ciała niebieskiego 29P/Schwassmann-Wachmann 1 zaliczanego do tzw. centaurów, czyli swego rodzaju „hybryd” astronomicznych o właściwościach zarówno komet, jak i planetoid, który znajduje się pomiędzy orbitą Jowisza i Neptuna.
Czym są astronomiczne centaury – w tym centaur 29P?
W mitologii greckiej centaury są hybrydami o właściwościach ludzkich i zwierzęcych (pół ludzie – pół konie). Również centaury w astronomii Układu Planetarnego są swego rodzaju „hybrydami” łączącymi cechy obiektów transneptunowych z obszaru Pasa Kuipera i komet krótkookresowych. Krążąc pomiędzy Jowiszem i Neptunem, reprezentują fazę przejściową w ewolucji obiektów z Pasa Kuipera. Wykazują właściwości pośrednie pomiędzy planetoidami i kometami - niektóre z nich posiadają nawet słabą komę. Astronomowie uważają, że te ciała niebieskie zostały zepchnięte bliżej Słońca przez siły grawitacyjne, których źródłem są planety-olbrzymy. W przyszłości mogą stać się kometami.
Centaur 29P/Schwassmann-Wachmann 1 jest jednym z najbardziej niezwykłych małych obiektów w naszym Układzie Planetarnym. Został odkryty w 1927 roku na kliszy fotograficznej uzyskanej w obserwatorium w Hamburgu przez dwóch niemieckich astronomów, których nazwiska składają się w nazwę tego centaura. Według angielskiej wersji Wikipedii jest ciałem niebieskim o średnicy około 60 km, które porusza się po orbicie nieco większej niż orbita Jowisza o półosi wielkiej ~5,99 j.a. (peryhelium ~5,72 j.a.; aphelium ~6,25 j.a.) i okresie orbitalnym ~14,65 lat. Poprzednie przejście przez peryhelium miało miejsce w marcu 2019 roku, a kolejne - nastąpi w lutym 2035 roku.
Web odkrywa dżety
Centaur 29P stał się ostatnio obiektem szeroko zakrojonych obserwacji za pomocą teleskopu Webba i spektrografu NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph), ze względu na niespotykaną aktywność i na częste, robiące wrażenie kwazi-okresowe wybuchy. Jego jasność zmienia się w skali rzędu 6-8 tygodni, co sprawia, że jest to jedno z najaktywniejszych ciał niebieskich w zewnętrznych obszarach Układu Planetarnego.
Wcześniejsze obserwacje radiowe Centaura 29P ujawniły tylko pojedynczy gazowy dżet skierowany w stronę Słońca (i Ziemi), który składa się z tlenku węgla (CO). Ten dżet został również zarejestrowany przez teleskop Webba. Jednak dzięki dużej aperturze Webba i jego nadzwyczajnym możliwościom obserwacji w podczerwieni udało się odkryć w tym dżecie także inne związki chemiczne – w tym wodę (H2O) i CO2 (ta ostatnia molekuła jest jednym z głównych związków chemicznych, w którym jest zmagazynowany węgiel w Układzie Planetarnym). Natomiast z atmosferze centaura 29P nie zaobserwowano śladów pary wodnej (może to mieć związek z ekstremalnie niskimi temperaturami na tym obiekcie).
Najnowsze obserwacje z Webba wykazały bardziej złożoną aktywność niż wcześniej sądzono. Tym razem ujawniono wielokrotne dżety o znacznych różnicach składu chemicznego – w tym dwa wcześniej niewykryte dżety składające się z dwutlenku węgla (CO2) i dodatkowy dżet z CO.
Dżety zaobserwowane przez Webba są zorientowane w różnych kierunkach. Jeden z nich porusza się z północy i południa, zaś drugi jest skierowany bezpośrednio w górę (patrz poniższa ilustracja). Jest to pierwszy niepodważalny przypadek odkrycia dżetów CO2 w Centaurze 29P. Sugeruje to, że ten obiekt jest zbudowany z materiałów o różnym pochodzeniu.
Sara Faggi (NASA’s Goddard Space Flight Center, USA) uważa, że Centaury są pozostałościami po formowaniu się naszego Układu Planetarnego. Te ciała niebieskie przechowują informacje o substancjach gazowych z wczesnego okresu istnienia Układu Słonecznego ze względu na panujące tam bardzo niskie temperatury.
Na ilustracji: Obserwacje za pomocą kamery NIRSpec i teleskopu Webba bardzo aktywnego obiektu z zewnętrznego Układu Słonecznego - planetoidy 29P/Schwassmann-Wachmann 1 zaliczanej do tzw. centaurów (małe ciała niebieskie orbitujące wokół Słońca pomiędzy Jowiszem i Neptunem). Astronomowie ujawnili nowe szczegóły na temat jego aktywności. Zidentyfikowali dwa dżety zawierające dwutlenek węgla (CO2) wyrzucane w kierunku północnym i południowym, a także dżet z tlenku węgla (CO) skierowany na północ. Dodatkowo widać dżet skierowany w stronę teleskopu Webba (czyli również Słońca i Ziemi), który został wcześniej odkryty na falach radiowych (CO) i również zarejestrowany przez Webba (CO2). Źródło: NASA, ESA, CSA, L. Hustak (STScI), S. Faggi (NASA-GSFC, American University)
Skład chemiczny i wyrzuty dżetów gazowych
Zróżnicowany skład chemiczny dżetów sugeruje, że jądro Centaura 29P jest zbudowane z oddzielnych fragmentów, które mogły powstać w wyniku koalescencji wielu obiektów. Dżety składające się z CO i CO2 zostały wyrzucone z oddzielnych obszarów jądra. Może to wskazywać, że ten obiekt jest skupiskiem różnych pierwotnych materiałów z okresu formowania się Układu Planetarnego. Podważa to wieloletnie przekonania w jaki sposób obiekty te powstały w odległym Pasie Kuipera.
Przyczyna wybuchów
Ciała niebieskie zwane centaurami są znane ze nieprzewidywalnej aktywności nazwanej również wybuchami. W kometach te zjawiska są często wzbudzane przez sublimację lodu wodnego. Centaury znajdują się zbyt daleko od Słońca, aby lód wodny wyjaśnił mechanizm tego rodzaju obserwowanej aktywności, ale może zostać wywoływany przez sublimację innych związków chemicznych, które przechodzą ze stanu stałego do gazowego nawet pod wpływem niewielkiego wzrostu temperatury (np. CO i CO2).
Pytania bez odpowiedzi – póki co ...
Na razie mamy tylko migawkę w czasie uzyskaną Teleskopem Webba z obserwacji dżetów CO i CO2 wokół Centaura 29P. Przedmiotem przyszłych badań będą odpowiedzi na pytania takie jak np.:
• Dlaczego Centaur 29P doświadcza tak częstych i intensywnych wybuchów?
• Czy obserwowane dżety zachowują orientację przestrzenną zgodnie z okresem rotacji?
• Czy też być może jest to kolejny dżet CO, który został wyrzucony z innego miejsca powierzchni podczas rotacji tego obiektu?
Aby zrozumieć mechanizm tych wybuchów konieczne są dalsze obserwacje 29P - jak również wielu innych, podobnych obiektów.
Przed nami tytaniczna praca. Jesteśmy dopiero na początku poznawania natury „kosmicznych centaurów”, których czas życia na tym dynamicznym etapie astronomowie oceniają na 1-10 milionów lat.
Opracowanie: Ryszard Biernikowicz
Więcej informacji:
• James Webb Telescope Reveals New Insights into Centaur 29P’s Gas Eruptions
• NASA’s Webb Reveals Unusual Jets of Volatile Gas from Icy Centaur 29P
Źródło: NASA
Na ilustracji: Wizja artystyczna wypływu materii gazowej z centaura 29P/Schwassmann-Wachmann 1 z boku dla obserwatora na Ziemi. Wcześniej w zakresie radiowym zarejestrowano dżet gazowy CO skierowany w stronę Słońca i zarazem Ziemi (dżet skierowany w lew na ilustracji). Dopiero teleskop Webba dostarczył bardziej szczegółowe dane odnośnie składu chemicznego tego dżetu oraz odkrył trzy dodatkowe dżety wydostające się z powierzchni tego centaura (dżety skierowany na ilustracji w stronę góry i dołu). Źródło: NASA, ESA, CSA, L. Hustak (STScI)
