На Аррокоте мёрзнет газ.

иcтoчник: www.nkj.ru

Согласно новым расчётам, под поверхностью транснептунового астероида до сих пор может содержаться реликтовый монооксид углерода из газопылевой туманности.

Изображение транснептунового астероида (486958) Аррокот, полученное с помощью аппарата НАСА ´Новые горизонты´ 1 января 2019 года. Илл.: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute.

Далеко-далеко от Земли, на расстоянии около 6.5 миллиардов километров, во тьме и холоде пояса Койпера летает ´снеговичок´ Аррокот. Это небольшой астероид, состоящий из двух как будто слепленных друг с другом шаров: одного побольше и одного поменьше. ´Высота´ недостроенного снеговичка составляет весьма скромных по космическим меркам 35 километров. Цвет Аррокота, вряд ли можно назвать снежным, скорее, грязно-коричневым - за счёт различных органических молекул на его поверхности под общим названием толины. Впервые астероид открыли по снимкам с телескопа Хаббл в 2014 году. А спустя четыре года мимо него ´случайно´ пролетел аппарат НАСА ´Новые горизонты´, благодаря которому у нас теперь есть первые фотографии объекта из пояса Койпера, сделанные с близкого расстояния. Фото, конечно, интересное, но объекты на задворках Солнечной системы привлекают астрономов не только своей необычной формой.

Считается, что в том же поясе Койпера (области, начинающейся за орбитой Нептуна), могут находиться космические тела, сохранившиеся в том виде, в каком они сформировались в первое время после рождения Солнечной системы. Они ни разу ´не ощущали´ на себе тепло солнечных лучей, представляя собой практически идеальный космический морозильник с веществом, из которого образовалась Солнечная система, в максимально сохранном виде. Даже многие газы при таких низких температурах находятся в твёрдом состоянии. Фактически, объекты пояса Койпера - это химический снимок того пространства, из которого 4.6 миллиардов лет назад появились Солнце, планеты и всё остальное. Если бы нам удалось его прочитать, то это закрыло бы много белых пятен в вопросах зарождения звёзд и планет.

Однако у астрономов есть определённые сомнения на тему того, насколько хорош этот ´койперовский морозильник´, в частности, может ли он на протяжении миллиардов лет удерживать легколетучие газы, например, монооксид углерода (СО или ´угарный газ´), которого должно было быть много в протопланетном облаке. Дело в том, что многие твёрдые вещества умеют понемногу ´испаряться´, а точнее - возгоняться, то есть переходить в газообразное состояние из твёрдого, минуя жидкое. Подобный эффект можно наблюдать со снегом зимой, который постепенно ´исчезает´, даже если температура воздуха всё время была отрицательной. Вдобавок из-за малого размера и, как следствие, массы, небольшие астероиды не могут своей гравитацией удерживать хоть какое-то подобие атмосферы, поэтому ´испарившаяся´ молекула имеет все шансы покинуть свой родной уютный ´морозильник´ навсегда.

Аппарат ´Новые горизонты´, когда пролетал мимо Аррокота в 2018 году, не смог своими приборами зафиксировать следы монооксида углерода. Да и различные теоретические модели, описывающие эволюцию таких тел давали в целом неутешительные прогнозы относительно такой возможности - по ряду расчётов весь монооксид углерода должен был уже давно улетучиться. Однако, как написали недавно в Icarus (препринт статьи доступен на сайте arxiv.org ) двое исследователей из Массачусетского технологического института и Института SETI, если всё-таки посчитать всё поаккуратнее, то выходит, что на Аррокоте и ему подобных койперовских астероидах вполне может оставаться много газов, в том числе и легколетучих.

В отличие от других подобных расчётов, новое моделирование лучше учло пористость Аррокота - как и другие небольшие объекты пояса Койпера он довольно рыхлый, его можно представить как большой комок спрессованной пыли. Если во внутренних областях Аррокота находится монооксид углерода в твёрдой форме, то ближе к поверхности в порах между частичками астероида уже находится газ, формируя некоторое подобие ´подповерхностной атмосферы´. При этом газообразный монооксид находится в равновесии со своей твёрдой фазой, а образование газа приводит к дополнительному охлаждению, что в свою очередь тормозит газообразование. Настоящий криоморозильник!

Ещё один интересный момент, связан со временем, когда должен был сформироваться Аррокот, для того, чтобы в нём остался замороженный газ. Здесь нам придётся переместить во времени даже не в момент рождения Солнечной системы, а чуть-чуть до этого знаменательного события. Существует гипотеза, что образованию Солнечной системы из газопылевого облака могла поспособствовать близкая вспышка сверхновой, за счёт мощного потока излучения и вещества вызвавшая коллапс облака и формирование протопланетного диска. Среди прочего, что летело во все стороны от той неведомой умирающей звезды, были атомы алюминия-26 - радиоактивного изотопа алюминия, с периодом полураспада около 700 тысяч лет. Смешавшись с веществом будущей звезды и планет, радиоактивный алюминий за счёт своего распада какое-то время подогревал внутренности космических тел. И, к примеру, если бы Аррокот образовался в период, когда ещё работала алюминиевая изотопная ´печка´, то он, скорее всего, потерял бы все свои легколетучие газы. Однако, считается, что подобные ему объекты пояса Койпера, вероятнее всего образовались спустя несколько миллионов лет, когда большая часть алюминия уже распалась.

Объединение в одной модели всех этих факторов и условий делает возможным существование первичных газов внутри Аррокота на протяжении нескольких миллиардов лет. Сопутствующая этому крайне низкая скорость их потери, в свою очередь, не позволила ´Новым горизонтам´ зафиксировать угарный газ - концентрация монооксида углерода вблизи астероида была ниже предела чувствительности его приборов. С одной стороны, эта работа показывает, насколько разнообразным может быть результат теоретических расчётов для малоизученных объектов, даже с учётом современных вычислительных мощностей. С другой стороны - чем больше мы изучаем историю рождения нашей Солнечной системы, тем больше на поверхность всплывает самых разных и непредсказуемых факторов, от которых в итоге зависело то, какой облик спустя миллиарды лет приняло существовавшее когда-то облачко газа и пыли где-то на окраине Галактики. И это очень интересно!

Автор: Максим Абаев