De ontdekking van het ijs kan ons verder helpen de vorming van ons zonnestelsel te begrijpen en hoe hemellichamen mogelijk zijn gemigreerd, zegt hij.

‘Trans-Neptuniaanse objecten zijn overblijfselen uit het proces van planetaire vorming’, zegt de Prá. ‘Deze bevindingen kunnen belangrijke beperkingen opleggen aan de plaats waar deze objecten zijn gevormd, hoe ze de regio hebben bereikt waarin ze tegenwoordig wonen, en hoe hun oppervlak is geëvolueerd sinds hun vorming. Omdat ze zich op grotere afstanden tot de zon hebben gevormd en kleiner zijn dan de planeten, bevatten ze de zuivere informatie over de oorspronkelijke samenstelling van de protoplanetaire schijf."

Het oude ijs in kaart brengen

Koolmonoxide-ijs werd op Pluto waargenomen door de New Horizons-sonde, maar pas toen JWST er een observatorium was dat krachtig genoeg was om sporen van koolmonoxide-ijs of kooldioxide-ijs op de grootste populatie TNO's te lokaliseren en te detecteren.

Koolstofdioxide wordt vaak aangetroffen in veel objecten in ons zonnestelsel. Het DiSCo-team was dus benieuwd of het in grotere hoeveelheden voorkwam buiten het bereik van Neptunus.

Mogelijke redenen voor het ontbreken van eerdere detecties van kooldioxide-ijs op TNO's zijn onder meer een lagere hoeveelheid, niet-vluchtige kooldioxide die in de loop van de tijd wordt begraven onder lagen van ander, minder vluchtig ijs en vuurvast materiaal, omzetting in andere moleculen door bestraling, en eenvoudige observatiebeperkingen. , zo blijkt uit het onderzoek.

De ontdekking van kooldioxide en koolmonoxide op de TNO's biedt enige context en roept ook veel vragen op, zegt de Prá.

‘Hoewel de kooldioxide waarschijnlijk afkomstig is uit de protoplanetaire schijf, is de oorsprong van de koolmonoxide onzekerder’, zegt hij. "Dit laatste is een vluchtig ijs, zelfs op de koude oppervlakken van de TNO's. We kunnen niet uitsluiten dat het koolmonoxide in de eerste plaats is opgehoopt en op de een of andere manier tot op de dag van vandaag is vastgehouden. De gegevens suggereren echter dat het door de bestraling zou kunnen worden geproduceerd." uit koolstofhoudend ijs."

Een lawine aan antwoorden

Het bevestigen van de aanwezigheid van kooldioxide en koolmonoxide op TNO's opent veel mogelijkheden om verder te onderzoeken en te kwantificeren hoe en waarom deze aanwezig is, zegt Pinilla-Alonso, die ook co-auteur was van het onderzoek en leiding geeft aan het DiSCo-TNOs-programma.

‘De ontdekking van koolstofdioxide op trans-Neptuniaanse objecten was opwindend, maar nog fascinerender waren de kenmerken ervan’, zegt ze. “De spectrale afdruk van kooldioxide onthulde twee verschillende oppervlaktesamenstellingen in ons monster. Bij sommige TNO’s wordt kooldioxide gemengd met andere materialen zoals methanol, waterijs en silicaten. In een andere groep – waar kooldioxide en koolmonoxide echter de belangrijkste zijn oppervlaktecomponenten – de spectrale signatuur was opvallend uniek. Deze grimmige afdruk van koolstofdioxide is anders dan alles wat is waargenomen op andere hemellichamen in het zonnestelsel of zelfs maar is gerepliceerd in laboratoriumomgevingen."

Het lijkt nu duidelijk dat wanneer koolstofdioxide overvloedig aanwezig is, het geïsoleerd lijkt van andere materialen, maar dit alleen verklaart de bandvorm niet, zegt Pinilla-Alonso. Het begrijpen van deze koolstofdioxidebanden is een ander mysterie, dat waarschijnlijk verband houdt met hun unieke optische eigenschappen en de manier waarop ze specifieke kleuren licht reflecteren of absorberen, zegt ze.

Er werd algemeen getheoretiseerd dat koolstofdioxide mogelijk aanwezig zou kunnen zijn in TNO's, omdat koolstofdioxide in gasvormige toestand aanwezig is in kometen, die qua samenstelling vergelijkbaar zijn, zegt Pinilla-Alonso.

‘In kometen zien we koolstofdioxide als een gas dat vrijkomt bij de sublimatie van ijs op of net onder het oppervlak’, zegt ze. “Omdat kooldioxide nog nooit op het oppervlak van TNO’s was waargenomen, was de algemene opvatting dat het onder het oppervlak vastzat. Onze nieuwste bevindingen ondermijnen dit idee. We weten nu dat kooldioxide niet alleen aanwezig is op het oppervlak van TNO’s. maar komt ook vaker voor dan waterijs, waarvan we eerder dachten dat het het meest voorkomende oppervlaktemateriaal was. Deze onthulling verandert ons begrip van de samenstelling van TNO's dramatisch en suggereert dat de processen die hun oppervlakken beïnvloeden complexer zijn dan we dachten."

De gegevens ontdooien

Co-auteurs van de studie Elsa Hénault, een doctoraalstudent aan het Institut d'Astrofysique Spatiale van de Université Paris-Saclay, en het Franse Nationale Centrum voor Wetenschappelijk Onderzoek, en Rosario Brunetto, de supervisor van Hénault, brachten een laboratorium- en chemisch perspectief in de interpretatie van JWST-waarnemingen.

Hénault analyseerde en vergeleek de absorptiebanden van kooldioxide en koolmonoxide over alle objecten. Hoewel er voldoende bewijs was van het ijs, was er een grote diversiteit in overvloed en verspreiding, zegt Hénault.

"Terwijl we CO₂ vonden Omdat het alomtegenwoordig is bij TNO's, is het zeker niet gelijkmatig verdeeld", zegt ze. "Sommige objecten bevatten weinig kooldioxide, terwijl andere juist heel rijk zijn aan kooldioxide en koolmonoxide bevatten. Sommige objecten vertonen pure koolstofdioxide, terwijl andere het vermengd hebben met andere verbindingen. Door de kenmerken van koolstofdioxide te koppelen aan orbitale en fysieke parameters konden we concluderen dat variaties in koolstofdioxide waarschijnlijk representatief zijn voor de verschillende formatiegebieden en vroege evolutie van de objecten."

Door analyse is het zeer waarschijnlijk dat kooldioxide aanwezig was in de protoplanetaire schijf, maar het is onwaarschijnlijk dat koolmonoxide primordiaal is, zegt Hénault.

"Koolmonoxide zou op efficiënte wijze kunnen worden gevormd door het constante ionenbombardement afkomstig van onze zon of andere bronnen", zegt ze. "We onderzoeken deze hypothese momenteel door de waarnemingen te vergelijken met experimenten met ionenbestraling die de bevriezings- en ioniserende omstandigheden van TNO-oppervlakken kunnen reproduceren."

Het onderzoek heeft enkele definitieve antwoorden opgeleverd op al lang bestaande vragen die teruggaan tot de ontdekking van TNO's bijna dertig jaar geleden, maar onderzoekers hebben nog een lange weg te gaan, zegt Hénault.

"Er rijzen nu andere vragen", zegt ze. "Met name gezien de oorsprong en evolutie van koolmonoxide. De waarnemingen over het volledige spectrale bereik zijn zo rijk dat ze wetenschappers zeker nog jaren bezig zullen houden."

Hoewel de observaties van het DiSCo-programma hun conclusie naderen, heeft de analyse en bespreking van de resultaten nog een lange weg te gaan. De fundamentele kennis die uit het onderzoek voortkomt, zal een belangrijke aanvulling blijken te zijn voor toekomstig planeet- en astronomieonderzoek, zegt de Prá.

"We hebben nog maar het oppervlak bekrast van waar deze objecten van zijn gemaakt en hoe ze zijn ontstaan", zegt hij. "We moeten nu de relatie begrijpen tussen dit ijs en de andere verbindingen die op hun oppervlak aanwezig zijn en de wisselwerking begrijpen tussen hun vormingsscenario, dynamische evolutie, vluchtige retentie en bestralingsmechanismen door de geschiedenis van het zonnestelsel."