Астрономы, работающие с Космической рентгеновской обсерваторией «Чандра», сделали открытие: карликовая планета Плутон по какой-то причине испускает рентгеновские фотоны. Это первый объект в поясе Койпера, у которого обнаружили подобное свойство. Открытие довольно неожиданное, ведь Плутон — каменистое ледяное тело, у которого не обнаружено магнитного поля. У него отсутствуют естественные механизмы для генерации рентгеновского излучения.

Иное мнение было у астрофизика Кэри Лисса (Carey Lisse) из Университета Джонса Хопкинса. Именно он с коллегами 20 лет назад впервые обнаружил рентгеновское излучение от пролетающей кометы. Лисс выдвинул теорию, что рентгеновское излучение образуется в результате взаимодействия газов в атмосфере таких небесных тел с солнечным ветром.

«Впервые мы обнаружили рентгеновские лучи от объекта из пояса Койпера, — говорит Кэри Лисс, астрофизик в лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса, ведущий автор научной работы. — Ясно, что Плутон взаимодействует с солнечным ветром каким-то неожиданным и энергичным образом. Можно ожидать, что другие крупные объекты из пояса Койпера делают то же самое».

Никто не думал, что атмосфера Плутона, настолько удалённого от Солнца, может энергично взаимодействовать с солнечным ветром. В своём афелии (в дальней точке эллиптической орбиты) расстояние до Плутона составляет 7,5 млрд км. До этого времени самым дальним объектом Солнечной системы, который светится в рентгеновском диапазоне, был Сатурн (сам диск и кольца).

Когда в 2014 году к карликовой планете начал приближаться космический аппарат «Новые горизонты», учёные несколько раз направляли в сторону Плутона спектрометр ACIS-S, установленный на Космической рентгеновской обсерваторией «Чандра». Спектрометр предназначен для построения изображений рентгеновских объектов с одновременным определением энергии каждого фотона. Предполагалось сравнить результаты измерений с данными, которые пришлёт аппарат «Новые горизонты».

«До наших наблюдений все думали, что вероятность обнаружения рентгеновского излучения от Плутона крайне низка, так что были сильные споры, стоит ли вообще направлять на него „Чандру”, — вспоминает соавтор научной работы Скотт Уолк (Scott Wolk) из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики в Кембриджском университете».

Одним из основных аргументов против измерений было то, что даже в случае положительного результата эти измерения имеют малую научную ценность. Дело в том, что один пиксель ПЗС-матрицы спектрометра «Чандры» соответствует региону 12000?12000 км на том расстоянии, на котором находится Плутон. В то же время диаметр самой карликовой планеты составляет 2374 км, а высота конденсированной части атмосферы, согласно предварительным расчётам, — примерно 1000 км. Таким образом, есть некоторая вероятность, что источником зарегистрированных фотонов является не Плутон.

Каждый раз из четырёх измерений с февраля 2014 года по август 2015 года было зарегистрировано рентгеновское излучение: от 1 до 4 фотонов.

Условия и результаты измерений показаны в таблице.



Чтобы исключить ошибки из-за большого поля зрения обсерватории, учёные отдельно изучили примерно 30 звёзд, которые попадали в поле зрения инструмента вместе с Плутоном. Из них 13 объектов светились в полосе 1,0-2,0 кэВ, но ни один не регистрировался в полосе 0,31-0,60 кэВ. Поэтому можно с большой вероятностью предполагать, что все 8 зарегистрированных фотонов пришли именно с Плутона.


Положение Плутона на фоне звёздного неба во время измерений

Под данным аппарата «Новые горизонты», атмосфера Плутона состоит преимущественно из азота, а скорость утечки составляет менее 7 ? 10²⁵ моль/с. Степень взаимодействия с солнечным ветром зависит от текущего состояния атмосферы, которая изменяет размер и плотность в зависимости от расстояния до Солнца.

По идее, это открытие позволит учёным приблизиться к пониманию того, какими свойствами обладает атмосфера крупнейшего объекта в поясе Койпера. Возможно, есть смысл поискать рентгеновское излучение у других объектов из той области.

В данный момент у астрофизиков пока нет очевидного объяснения происхождения рентгеновского излучения от Плутона. Надёжной рабочей гипотезы тоже нет. Поэтому остаётся только выдвигать различные версии. Авторы научной работы выдвинули три версии.

1. Резонансное рассеяние молекул органического газа в атмосфере Плутона может сильно увеличить эффективность обратного рассеяния рентгеновских лучей.

2. Структура распространения солнечного ветра и структура межпланетного магнитного поля могут направлять больше, чем предполагалось, ионов солнечного ветра в район Плутона.

3. Более продолжительное сохранение газа с Плутона в нейтральном состоянии до ионизации. Газ уходит из атмосферы на скорости 10 м/с и на расстоянии 33 а.е. Он сохраняется в нейтральном состоянии несколько лет. Для сравнения, на расстоянии 1 а.е. от Солнца нейтральный газ с кометы на скорости 500 м/с ионизируется за 1-10 дней. Скорость солнечного ветра 400 км/с. Таким образом, газ с Плутона уходит в 10 раз дальше до ионизации и может встретить в 100 раз больше ионов солнечного ветра. Получается, что регион эффективного взаимодействия между нейтральным газом с Плутона и ионами солнечного ветра может быть гораздо больше, чем предполагалось.

Другими словами, у Плутона очень длинный хвост, который слегка светится в рентгеновском диапазоне.



Научная работа опубликована в журнале Icarus (doi: 10.1016/j.icarus.2016.07.008).