Egy amerikai kutatócsoport a Southwest Research Institute vezetésével bizonyítékot talált arra, hogy a Kuiper-öv két jeges törpebolygóján, az Erisen és a Makemake-n hidrotermális vagy metamorf tevékenység zajlik. A felszínükön észlelt metán arra utal, hogy meleg, vagy éppenséggel forró geokémiai folyamatok mennek végbe a kőzetmagjukban, ráadásul jelentősen eltér az üstökösökről származó metántól.

A Makemake és az Eris törpebolygó illusztrációja. (Southwest Research Institute)

„Érdekes jeleket látunk arra, hogy hűvös helyeken forró idők járnak.” – mondta Christopher Glein (SwRI), a felfedezésről beszámoló tanulmány vezető szerzője. „Amikor belekezdtem ebbe a projektbe, úgy gondoltuk, hogy a Kuiper-övbeli nagyobb égitestek felszínét az ősi szoláris ködből megmaradt anyagok borítják, mivel hideg felületükön megmaradnak az illékony anyagok, például a metán. De a James Webb-űrtávcső nagy meglepetést okozott! Bizonyítékot találtunk arra, hogy az Eris és a Makemake belsejében metántermelő termikus folyamatok zajlanak.”

A Kuiper-öv egy hatalmas, jeges égitestekből álló, fánk alakú térség a Neptunusz pályáján túl, a Naprendszer peremén. Az Eris és a Makemake a Plutóhoz és holdjához, a Charonhoz hasonló méretű. Ezek az égitestek a Naprendszer életének korai szakaszában keletkezhettek, nagyjából 4,5 milliárd évvel ezelőtt. Mivel távol vannak a Naptól, ezidáig úgy gondolták, hogy a Kuiper-öv égitestjei hidegek és halottak. Azonban James Webb-űrtávcső adatai alapján végzett legújabb kutatás szerint az Eris és a Makemake felszínén úgynevezett izotopológok találhatók – ezek olyan molekulák, amelyek neutronszámukban különböznek csak egymástól. Ezek az adatok hasznosak lehetnek a bolygófejlődés tanulmányozásában.

A kutatók megvizsgálták a törpebolygók felszínének összetételét, főként a deutérium (nehézhidrogén, D) és a hidrogén (H) arányát a metánban. A feltételezések szerint a deutérium az ősrobbanás során keletkezett, a hidrogén pedig a világegyetemben legnagyobb mennyiségben megtalálható elem. Egy égitesten a deutérium–hidrogén arány információval szolgálhat a hidrogént tartalmazó vegyületek eredetéről, geológiai történetéről és képződési módjáról.

„A James Webb-űrtávcsővel megfigyelt mérsékelt deutérium–hidrogén arány megcáfolja, hogy ősi metán lenne a bolygófelszínen. Az ősmetán deutérium–hidrogén aránya sokkal nagyobb lenne.” – mondta Glein. „A mért deutérium–hidrogén arány az égitest belsejében keletkező metánra, annak geokémiai eredetére utal. Ez az arány olyan, mint egy ablak, egyfajta eszköz arra, hogy bepillantsunk a felszín alá. Az adataink arra utalnak, hogy a két égitest kőzetmagjában magas hőmérséklet uralkodik, amely lehetővé teszi a metán kialakulását. Molekuláris nitrogén (N2) is létrejöhet, ahogy azt az Erisen látjuk. A forró mag a jeges felszín alatti folyékony víz jelenlétére is utalhat.”

Az Eris és a Makemake lehetséges belső folyamatai. Balról jobbra haladva az egyes forgatókönyveken az égitest belseje egyre alacsonyabb hőmérsékletű, ennek megfelelően változnak a metán jelenlétéért felelős kulcsfontosságú folyamatok. Az ábrákon bemutatott lehetőségek hipotetikusak, de a metántermelő folyamatok összhangban vannak a megfigyelt deutérium–hidrogén arányokkal (Glein et al. 2024)

A kutatók az elmúlt két évtizedben rájöttek, hogy a jeges világok belseje sokkal fejlettebb lehet, mint korábban hittük. Több jeges holdon is megtalálták a felszín alatti óceánok bizonyítékait, így például a Szaturnusz Enceladus és a Jupiter Europa holdján is. A folyékony víz az egyik kulcsfontosságú feltétel, hogy potenciálisan lakhatónak tartsunk egy bolygót. A kutatók a következő években meg fogják vizsgálni, hogy az Eris és a Makemake felszíne alatt rejtőzhet-e óceán. Ha a két égitest bármelyike lakható, akkor az lesz a legtávolabbi világ a Naprendszerben, amelyen képes lehet fennmaradni az élet. A belső kémiai folyamatok feltárása egy lépés ebbe az irányba.

„Ha az Eris és a Makemake kőzetmagja meleg vagy akár forró, és geokémiai folyamatok zajlanak benne, akkor a kriovulkanikus tevékenység metánt juttathat a felszínükre, és ez geológiai mércével mérve a közelmúltban meg is történhetett. Olyan szénizotóp arányt (13C/12C) találtunk, ami viszonylag nem túl régen végbement felszínformálódásra utal.” – mondta Will Grundy (Lowell Observatory), a tanulmány társszerzője.

Ez az eredmény része annak a paradigmaváltásnak, amely mostanában zajlik a bolygótudományban. Egyre inkább felismerjük, hogy a hideg, jeges égitestek szíve meleg lehet. A jelen tanulmányhoz kifejlesztett modellek arra utalnak, hogy geotermikus gázok képződése a Szaturnusz Titán holdján is lehetséges, amely szintén bőséges metánkészlettel rendelkezik. Az Eris és a Makemake aktivitásával kapcsolatos felfedezés felhívja a figyelmet arra, hogy milyen fontosak azok a belső folyamatok, amelyek a nagyobb Kuiper-objektumokat formálják. Ez összhangban áll azzal is, amit a Pluto esetében tapasztaltunk.

„A New Horizons űrszonda Pluto melletti elhaladásával és ezzel a mostani felfedezéssel a Kuiper-öv sokkal élőbbnek és dinamikusabbnak látszik, mint eddig.” – mondta Glein. „Ideje lenne elgondolkodnunk arról, hogy egy űrszondát küldjünk az egyik törpebolygóhoz. Így geológiai kontextusba helyezhetnénk a Webb-űrtávcső adatait. Biztos vagyok benne, hogy számtalan csoda vár még ránk!”

Forrás: SwRI