Langt utenfor Neptuns bane har astronomer oppdaget en liten og svært fjern isverden som utfordrer det vi trodde vi visste om atmosfærer i solsystemets ytterkant.
Objektet, som har betegnelsen 2002 XV93, er anslått å være rundt 500 kilometer i diameter. Med så lav tyngdekraft burde det i praksis være ute av stand til å holde på en atmosfære over tid. Likevel tyder nye målinger på at det finnes en tynn og svært svak atmosfære rundt den lille verdenen.
Selv om atmosfæren er ekstremt spinkel, kan funnet få store konsekvenser for forståelsen av hvordan gass kan bli værende rundt små legemer i den kalde og mørke delen av solsystemet.
Et plutino-objekt i resonans med Neptun
2002 XV93 tilhører en gruppe objekter kjent som plutinoer. Det er små himmellegemer som beveger seg i et banemønster som ligner Plutos, omtrent 40 ganger så langt fra Solen som Jorden, og i en orbital resonans med Neptun.
Slike isrike objekter regnes ofte som en slags «fossilregistrering» fra solsystemets barndom. Måten de ligger i resonans med Neptun på, tolkes blant annet som et spor etter at Neptun beveget seg utover i tidlig solsystemhistorie og påvirket smålegemer på veien.
Området utenfor Neptun, ofte omtalt som Kuiperbeltet, er samtidig notorisk vanskelig å studere. Objektene er små, langt unna og reflekterer lite sollys, noe som gjør dem krevende å oppdage og enda vanskeligere å analysere i detalj.
Et sjeldent «stjerneslør» ga svaret
I dette tilfellet kom gjennombruddet via en observasjon som i stor grad var avhengig av timing. I 2024 befant et forskerteam ledet av Ko Arimatsu ved National Astronomical Observatory of Japan seg på rett sted til rett tid for å se 2002 XV93 passere foran en fjern stjerne. En slik hendelse kalles en stjerneokkultasjon.
Okkultasjonen ble registrert fra tre ulike steder i Japan. Forskerne målte nøyaktig hvordan stjernelyset endret seg idet objektet passerte foran.
Dersom et himmellegeme ikke har atmosfære, vil stjernelyset normalt falle brått når stjernen dekkes, og så komme brått tilbake når passeringen er over. Men det var ikke det som ble observert denne gangen.
Hele passeringen varte bare 15 til 20 sekunder, avhengig av observasjonssted. Rundt 1,5 sekunder før og etter den totale tildekkingen viste målingene en gradvis demping og deretter en gradvis oppklaring av lyset.
En slik myk overgang kan forklares ved at stjernelyset passerer gjennom en atmosfære, der lyset bøyes på vei gjennom gassen. Det gir en mer gradvis endring i lyskurven enn man ville fått fra et «bart» objekt uten gasslag.
En atmosfære som nesten ikke er der
Basert på lyskurven laget forskerne modeller for å finne ut hva slags atmosfære som kunne gi et slikt signal. De tok utgangspunkt i antakelser inspirert av Plutos atmosfære, med en temperaturstruktur og en sammensetning dominert av metan, nitrogen eller karbonmonoksid.
Deretter simulerte de hvordan tettheten ville variere med høyden, og hvordan lyset ville brytes gjennom et slikt lag.
Resultatene pekte mot en atmosfære på bare 100 til 200 nanobar. Det er om lag 5 til 10 millioner ganger tynnere enn lufttrykket ved havnivå på Jorden.
Forskerne trekker fram to grunner til at dette er oppsiktsvekkende. For det første viser funnet at dagens metoder er følsomme nok til å oppdage brytning av lys gjennom en atmosfære som knapt nok kan kalles en atmosfære, på enorm avstand.
For det andre antyder modellene at en slik atmosfære burde forsvinne raskt. Beregningene tilsier at den kan gå tapt i løpet av noen hundre til rundt tusen år. Det betyr at den mest sannsynlige forklaringen er at atmosfæren på en eller annen måte blir etterfylt.
Mulige forklaringer: kollisjon eller isvulkaner
Forskerne skisserer flere muligheter. Én hypotese er at en komet eller et annet lite islegeme nylig kan ha truffet 2002 XV93. Et slikt sammenstøt kan frigjøre gass som midlertidig legger seg rundt objektet, før den gradvis lekker ut i rommet.
En annen mulighet er intern aktivitet, på samme måte som man mistenker eller har indikasjoner på for Pluto. Dersom 2002 XV93 har aktive kryovulkaner, kan disse slippe ut flyktige stoffer og isaktig materiale fra innsiden, og dermed stadig fylle på en atmosfære som ellers lekker bort.
Kan endre læreboka om atmosfærer
Uansett årsak mener forskerne at dette er første gang en atmosfære er påvist rundt et lite transneptunsk objekt utover Pluto. Det antyder at også små legemer kan ha atmosfærer, i hvert fall for en periode, og at slike atmosfærer kan være mulige å oppdage dersom forholdene og observasjonene klaffer.
– Denne oppdagelsen antyder at den tradisjonelle ideen om at globale, tette atmosfærer bare dannes rundt større planeter, må revideres, skriver forskerne i artikkelen.
De peker på at selv et transneptunsk objekt på bare noen hundre kilometer kan ha en atmosfære, i det minste midlertidig, og at dette utfordrer etablerte forklaringer på hvordan flyktige stoffer holdes tilbake på små, isrike legemer.
Studien er publisert i Nature Astronomy.
