Zespół kierowany przez Southwest Research Institute po raz pierwszy wykrył dwutlenek węgla i nadtlenek wodoru na zamarzniętej powierzchni największego księżyca Plutona, Charona, korzystając z obserwacji z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba. Odkrycia te uzupełniają znany skład chemiczny Charona, zidentyfikowany wcześniej na podstawie obserwacji naziemnych i kosmicznych, który obejmuje lód wodny, gatunki przenoszące amoniak oraz materiały organiczne odpowiedzialne za szare i czerwone zabarwienie Charona.
„Charon to jedyny średniej wielkości obiekt z Pasa Kuipera, o średnicy od 300 do 3000 mil, który został zmapowany geologicznie dzięki misji New Horizons kierowanej przez SwRI, która przeleciała obok układu Plutona w 2015 roku” – powiedział dr SwRI z SwRI Silvia Protopapa, główna autorka nowego artykułu w Nature Communications i współbadacz misji New Horizons. „W przeciwieństwie do wielu większych obiektów w Pasie Kuipera, powierzchnia Charona nie jest przesłonięta przez wysoce lotne lody, takie jak metan, i dlatego dostarcza cennych informacji na temat tego, jak procesy takie jak ekspozycja na światło słoneczne i powstawanie kraterów wpływają na te odległe ciała”.
Teleskop Webba jest idealną platformą do szczegółowych badań Charona i innych ciał lodowych w regionie poza orbitą Neptuna. W latach 2022 i 2023 zespół wykorzystał spektrograf bliskiej podczerwieni Webba do uzyskania czterech obserwacji układu Pluton-Charon. Różne geometrie obserwacji zapewniły pełne pokrycie północnej półkuli Charona.
„Zaawansowane możliwości obserwacyjne Webba umożliwiły naszemu zespołowi zbadanie światła rozproszonego z powierzchni Charona na falach dłuższych niż było to wcześniej możliwe, poszerzając naszą wiedzę na temat złożoności tego fascynującego obiektu” – powiedział dr Ian Wong, pracownik naukowy Instytutu Space Telescope Science Institute i współautorka artykułu.
Rozszerzony zakres długości fali pomiarów Charona Webba ujawnia sygnatury dwutlenku węgla. Zespół porównał obserwacje spektroskopowe z pomiarami laboratoryjnymi i szczegółowymi modelami spektralnymi powierzchni, dochodząc do wniosku, że dwutlenek węgla występuje głównie w postaci powłoki powierzchniowej na podpowierzchni bogatej w lód wodny.
„Nasza preferowana interpretacja jest taka, że górna warstwa dwutlenku węgla pochodzi z wnętrza i została wystawiona na działanie powierzchni w wyniku powstawania kraterów. Wiadomo, że dwutlenek węgla występuje w obszarach dysku protoplanetarnego, z którego powstał układ Plutona” – powiedział Protopapa. .
Obecność nadtlenku wodoru na powierzchni Charona wyraźnie wskazuje, że powierzchnia bogata w lód wodny jest zmieniana przez słoneczne światło ultrafioletowe i energetyczne cząstki pochodzące z wiatru słonecznego i galaktycznych promieni kosmicznych. Nadtlenek wodoru powstaje z atomów tlenu i wodoru powstających w wyniku rozpadu lodu wodnego pod wpływem napływających jonów, elektronów lub fotonów.
„Eksperymenty laboratoryjne przeprowadzone w ośrodku SwRI CLASSE (Centrum Astrofizyki Laboratoryjnej i Eksperymentów Nauk Kosmicznych) odegrały zasadniczą rolę w wykazaniu, że nadtlenek wodoru może tworzyć się nawet w mieszaninach dwutlenku węgla i lodu wodnego w warunkach analogicznych do tych w Charonie” – powiedział dr Ujjwal ze SwRI Raut, kierownik laboratorium CLASSE i drugi autor artykułu.
Badania zespołu pokazują niezrównaną zdolność teleskopu Webba do odkrywania złożonych sygnatur powierzchni kształtowanych przez uderzenia i procesy napromieniania.
„Nowe spostrzeżenia były możliwe dzięki synergii między obserwacjami Webba, modelowaniem widmowym i eksperymentami laboratoryjnymi i prawdopodobnie można je zastosować do innych podobnych obiektów średniej wielkości poza Neptunem” – powiedział Protopapa.
