У далеких просторах, за орбітою Нептуна, астрономи знайшли крихітний світ, який суперечить нашому розумінню атмосфер. Цей об'єкт має діаметр близько 500 кілометрів, що занадто мало для того, щоб його слабка гравітація могла утримувати атмосферу на тривалий час, але вона все ж існує. Хоча вона тонка і незначна, світ, як (612533) 2002 XV93, не повинен мати атмосфери взагалі.

Це відкриття може змінити наше розуміння того, як атмосфери можуть утримуватися на малих об'єктах. Під час вивчення цього крижаного світу астрономи продемонстрували новітні методи для виявлення слабких явищ на такій великій відстані.

2002 XV93, як його коротко називають, є об'єктом типу плутіно. Це невелике тіло, яке має орбіту, схожу на орбіту Плутона, на відстані приблизно 40 разів більшій, ніж відстань Землі до Сонця, у резонансі з орбітою Нептуна.

Ці маленькі крижані світи вважаються свідченням раннього Сонячної системи, записуючи інформацію про те, з чого вона складалася і як об'єкти в ній рухалися. Резонанс з Нептуном, наприклад, свідчить про те, що Нептун перемістився назовні, захоплюючи об'єкти на своєму шляху.

Але простір за межами Нептуна – пояс Койпера – є дивним місцем для астрономії. Він заповнений маленькими крижаними об'єктами, які надзвичайно важко знайти, не кажучи вже про детальне вивчення, оскільки вони занадто далеко від Сонця, щоб відбивати достатньо світла.

Часто вчені змушені покладатися на непрямі методи виявлення. У випадку 2002 XV93 метод спостереження сильно залежав від випадковості: у 2024 році астрономи на чолі з Ко Аріматсу з Національної астрономічної обсерваторії Японії опинилися в потрібному місці, щоб спостерігати, як він проходить перед далеким зіркою – подія, відома як зоряна оккультація.

Дослідники зафіксували оккультацію з трьох різних місць у Японії, детально записуючи, як світло зірки тимчасово зникло через набагато ближчий плутіно.

Для простого каменю зміна світла зірки під час оккультації є досить очевидною – раптово зникає, коли 2002 XV93 проходить перед нею, і знову з'являється, коли оккультація закінчується.

Однак астрономи спостерігали зовсім інше. Вся подія тривала лише 15-20 секунд, залежно від місця спостереження – і приблизно за 1,5 секунди до і після тотальності світло показувало поступове затемнення і освітлення відповідно.

Цей вид поступового затемнення можна пояснити лише в тому випадку, якщо світло зірки проходило через атмосферу, заломлюючись на своєму шляху.

На основі цього затемнення і освітлення дослідники створили моделі заломлення, щоб зрозуміти, яка атмосфера могла б викликати цей сигнал. Використовуючи атмосферу Плутона як основу, вони припустили певну температурну структуру і склад, в основному з метану, азоту або оксиду вуглецю.

Потім вони змоделювали, якою щільною була б ця атмосфера на різних висотах і як світло заломлювалося б, проходячи через неї.

Їхні найближчі результати вказали на атмосферу щільністю всього 100-200 нанобар – приблизно в 5-10 мільйонів разів тоншою, ніж атмосферна щільність Землі на рівні моря.

Це вражає з кількох причин. По-перше, у нас тепер є інструменти, чутливі до виявлення заломлення через практично непомітну атмосферу з далеких куточків Сонячної системи.

По-друге, моделі команди вказують на те, що така атмосфера може бути втрачена всього за кілька сотень до тисячі років. Найбільш ймовірний спосіб, яким вона може мати атмосферу зараз, – це якщо ця атмосфера якось поповнюється.

З огляду на те, що в поясі Койпера є багато об'єктів, один з сценаріїв, які пропонують дослідники, полягає в тому, що комета вдарила в 2002 XV93, вивільнивши газ, який утворив тимчасову атмосферу, яка незабаром зникне.

Інша можливість полягає в тому, що, як і Плутон, 2002 XV93 має активні криовулкани, які вивільняють крижану бруд і леткі речовини зсередини плутіно, поповнюючи постійно витікаючу атмосферу.

Цей об'єкт представляє першу атмосферу, виявлену на малому транснептуновому об'єкті (TNO), окрім Плутона. Результати свідчать про те, що навіть маленькі тіла можуть мати атмосфери, і, що ще цікавіше, з невеликим везінням ми можемо виявити їх, навіть коли вони майже непомітні.

Це відкриття свідчить про те, що традиційна ідея про те, що глобальні щільні атмосфери формуються лише навколо більших планет, повинна бути переглянута.

Дослідження було опубліковано в Nature Astronomy.