Группа японских астрономов выявила разреженную газовую оболочку у небольшого объекта на окраинах Солнечной системы — транснептунового тела (612533) 2002 XV93, чей диаметр составляет приблизительно 500 километров. Ранее наличие атмосферы в этой области было достоверно установлено лишь у Плутона. Каким образом такая оболочка могла сформироваться у столь миниатюрного объекта, остаётся загадкой: обе вероятные причины — столкновение с кометой либо извержения ледяных вулканов — вызывают больше вопросов, чем дают ответов.
Источник изображения: NAOJ
Это открытие было совершено коллективом, включающим как профессиональных астрономов, так и любителей, под руководством Ко Аримацу из обсерватории Исигакидзима, которая является частью Национальной астрономической обсерватории Японии (NAOJ). 10 января 2024 года, используя четыре наблюдательных пункта на территории Японии, они зафиксировали, как объект 2002 XV93 прошёл перед слабой звездой 15-й звёздной величины, временно перекрыв её свет.
Чтобы понять, насколько тусклой была эта звезда: Луна обладает звёздной величиной около −12, и чем выше числовое значение по данной шкале, тем слабее свечение. Если бы у объекта 2002 XV93 отсутствовала атмосфера, далёкое светило для наблюдателей на Земле погасло бы мгновенно, словно его выключили, как лампочку. Однако телескопы показали иную картину: яркость звезды уменьшалась плавно в течение нескольких секунд и лишь затем полностью пропала. Такое постепенное затухание возможно только в том случае, если свет звезды проходит сквозь газовую оболочку, окружающую закрывающее её тело, и испытывает в ней преломление.
Подобное явление видно с Земли лишь вдоль очень узкой полосы — в тех местах, где объект, звезда и наблюдатель выстраиваются на одной линии. Если разместить телескопы по краям этой полосы и сопоставить моменты исчезновения звезды в каждом из них, можно определить размеры и форму самого тела. Среди задействованных инструментов были 1,05-метровый профессиональный телескоп обсерватории Кисо, принадлежащей Токийскому университету, а также любительские телескопы с диаметром 200 и 250 миллиметров. На них были установлены КМОП-камеры, способные улавливать постепенное ослабление звёздного блеска.
Атмосфера 2002 XV93 у его поверхности создаёт давление от 100 до 200 нанобар — это в 5–10 миллионов раз ниже земного. По своим размерам это тело почти в пять раз меньше Плутона: его диаметр составляет около 500 километров, тогда как у Плутона — 2 377 км. При этом орбита 2002 XV93 устроена аналогично плутонианской: за время, пока Нептун совершает три оборота вокруг Солнца, оба этих тела успевают сделать ровно по два. Из-за этой особенности астрономы причисляют 2002 XV93 к плутино — небольшим объектам, чьё движение синхронизировано с Нептуном таким же образом, как и у Плутона.
Плутон обладает достаточной массой для удержания разреженной газовой оболочки, которую ученые называют экзосферой. Этот процесс активизируется, когда карликовая планета оказывается на минимальном расстоянии от Солнца — в астрономической точке, именуемой перигелием. Ледяные отложения на поверхности, состоящие из молекулярного азота, метана и угарного газа (CO), под воздействием солнечного тепла сублимируются, переходя прямо в газообразное состояние, минуя жидкую фазу. По мере удаления Плутона от светила по его 248-летнему орбитальному пути, газы остывают и вновь кристаллизуются на поверхности в виде льда. Среднее давление плутонианской атмосферы составляет примерно 10 микробар — это в 50–100 раз превышает показатель недавно обнаруженной газовой оболочки у 2002 XV93, однако все еще почти в 100 тысяч раз меньше земного. Ни у одного другого объекта в поясе Койпера до сих пор не было зафиксировано атмосферы, хотя на соседней с Плутоном карликовой планете Макемаке астрономы наблюдали выделение метана.
Состав атмосферы 2002 XV93 пока остается загадкой. По аналогии с Плутоном можно предположить наличие азота с примесями метана и CO, однако предыдущие наблюдения с помощью космического телескопа NASA «Джеймс Уэбб» не выявили этих льдов на поверхности небесного тела. При температуре, превышающей абсолютный ноль всего на 40–50 градусов (что соответствует примерно минус 220 градусам Цельсия), водяной лед и замерзший углекислый газ также не способны испаряться и переходить в газообразное состояние.
Каким же образом могла образоваться эта атмосфера? Исследовательская группа под руководством Аримацу выдвигает два возможных сценария. Согласно первому, объект (612533) 2002 XV93 столкнулся с кометой, которая принесла с собой газы. Однако из-за слабой гравитации такая атмосфера рассеялась бы в космическом пространстве менее чем за тысячу лет. Если эта гипотеза верна, то нам невероятно повезло наблюдать объект вскоре после столь редкого события. Вторая версия предполагает, что льды находятся под поверхностью и были выброшены наружу в результате криовулканической активности — но что служит источником энергии для таких процессов у столь холодного и небольшого тела, остается неразрешимой загадкой.
Независимо от того, какая из гипотез подтвердится, это открытие кардинально меняет прежние представления о том, какие небесные тела в принципе способны удерживать атмосферу. «Данное открытие указывает на то, что устоявшееся мнение, будто глобальные плотные атмосферы формируются исключительно вокруг крупных планет, требует пересмотра», — отметила команда Аримацу в своей научной публикации. Следующий шаг — определить химический состав этой оболочки. Наилучшим инструментом для такой задачи является «Джеймс Уэбб». Многое прояснит и наблюдение за изменением ее плотности с течением времени. Если в ближайшие годы плотность начнет снижаться, это будет означать, что газы постепенно улетучиваются в космос — что подтверждает гипотезу о столкновении с кометой. Если же плотность останется стабильной, оболочку, скорее всего, подпитывает что-то из недр самого 2002 XV93 — то есть подтвердится версия о криовулканах, извержениях ледяных вулканов, выбрасывающих наружу не магму, а смесь газов и замерзших летучих веществ.
