Вчені під керівництвом Південно-Західного науково-дослідного інституту знайшли докази гідротермальної або метаморфічної активності на крижаних карликових планетах Еріда і Макемаке, розташованих у Поясі Койпера. Метан, виявлений на їхніх поверхнях, має характерні ознаки теплої або навіть гарячої геохімії в їхніх кам’янистих ядрах, що помітно відрізняється від сигнатури метану з комети.

"Ми бачимо цікаві ознаки гарячих часів у прохолодних місцях", – сказав доктор Крістофер Глейн, експерт з планетарної геохімії та провідний автор статті про це відкриття.

"Я розпочав цей проєкт, думаючи, що великі об’єкти Поясу Койпера повинні мати давні поверхні, заселені матеріалами, успадкованими від первісної сонячної туманності, оскільки їхні холодні поверхні можуть зберігати леткі речовини, такі як метан. Натомість космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST) підніс нам сюрприз. Ми знайшли докази, що вказують на теплові процеси, які виробляють метан всередині Еріс і Макемаке".

Пояс Койпера – це величезна область крижаних тіл за орбітою Нептуна на краю Сонячної системи. Еріда і Макемаке за розміром можна порівняти з Плутоном і його супутником Хароном. Ці тіла, ймовірно, сформувалися на початку історії нашої Сонячної системи, близько 4,5 мільярдів років тому. Далеко від тепла нашого Сонця, KBO вважалися холодними, мертвими об’єктами.

Нещодавно опублікована робота з досліджень JWST зробила перші спостереження ізотопних молекул на поверхнях Еріс і Макемаке. Ці так звані ізотопологи – молекули, які містять атоми з різною кількістю нейтронів. Вони надають дані, корисні для розуміння планетарної еволюції.

Команда JWST виміряла склад поверхні карликових планет, зокрема, співвідношення дейтерію (важкого водню, D) до водню (H) в метані. Вважається, що дейтерій утворився під час Великого вибуху, а водень є найпоширенішим ядром у Всесвіті. Співвідношення D/H у планетарному тілі дає інформацію про походження, геологічну історію та шляхи утворення сполук, що містять водень.

“Помірне співвідношення D/H, яке ми спостерігали за допомогою JWST, заперечує наявність первісного метану на давній поверхні. Первісний метан мав би набагато вище співвідношення D/H”, – сказав Глейн.

“Натомість, співвідношення D/H вказує на геохімічне походження метану, що утворюється в глибоких надрах. Співвідношення D/H – це як вікно. Ми можемо використовувати його в певному сенсі, щоб зазирнути в надра. Наші дані свідчать про підвищені температури в кам’янистих ядрах цих світів, що дозволяє утворити метан. Молекулярний азот (N2) також може вироблятися, і ми бачимо це на Еріс. Гарячі ядра також можуть вказувати на потенційні джерела рідкої води під їхньою крижаною поверхнею”.

За останні два десятиліття вчені дізналися, що крижані світи можуть бути набагато більш внутрішньо еволюційними, ніж вважалося раніше. Докази існування підповерхневих океанів були знайдені на кількох крижаних супутниках, таких як супутник Сатурна Енцелад і супутник Юпітера Європа. Рідка вода є одним з ключових інгредієнтів у визначенні потенційної придатності планети для життя.

Можливість існування водних океанів всередині Еріда і Макемаке – це те, що вчені збираються вивчати в найближчі роки. Якщо одна з них придатна для життя, то вона стане найвіддаленішим світом у Сонячній системі, який міг би підтримувати життя. Виявлення хімічних індикаторів внутрішніх процесів – це ще один крок у цьому напрямку.

“Якщо Еріда і Макемаке містили або, можливо, все ще можуть містити теплу або навіть гарячу геохімію у своїх кам’янистих ядрах, кріовулканічні процеси могли доставити метан на поверхню цих планет, можливо, в геологічно недавні часи”, – сказав доктор Вілл Гранді, астроном з Лоуеллської обсерваторії, один зі співавторів Глейна і провідний автор супутньої статті. “Ми виявили співвідношення ізотопів вуглецю (13C/12C), яке вказує на відносно недавнє спливання”.

Ця робота є частиною зміни парадигми в планетарній науці. Все частіше визнається, що холодні, крижані світи можуть бути теплими в глибині душі. Моделі, розроблені для цього дослідження, додатково вказують на утворення геотермальних газів на супутнику Сатурна Титані, який також багатий на метан. Крім того, висновок про несподівану активність на Еріда і Макемаке підкреслює важливість внутрішніх процесів у формуванні того, що ми бачимо на великих об’єктах, і узгоджується з висновками на Плутоні.

“Після прольоту New Horizons повз систему Плутона і з цим відкриттям пояс Койпера виявляється набагато більш живим з погляду розміщення динамічних світів, ніж ми могли собі уявити”, – сказав Глейн. “Ще не надто рано думати про те, щоб відправити космічний апарат для прольоту повз інше з цих тіл, щоб помістити дані JWST в геологічний контекст. Я вірю, що ми будемо приголомшені чудесами, які на нас чекають”.