JWST 분자 매핑 및 엔켈라두스의 토러스에 공급되는 물 기둥의 특성 규명

엔셀라두스는 우리 태양계에서 생명체를 찾는 주요 목표이며, 활동적인 기둥이 표면 아래의 큰 액체 물 바다와 연결될 가능성이 높습니다.

JWST에 내장된 민감한 NIRSpec 장비를 사용하여 유기 화합물을 검색하고 연기의 구성과 구조를 특성화했습니다. 이번 관측은 H2O의 형광 방출을 직접 샘플링하여 엔셀라두스의 원환체에서 발생하는 대규모 방출 욕조에 묻혀 있는 극저온(25K)에서 매우 광범위한 기둥(최대 10,000km 또는 엔셀라두스 반경 40)을 나타냅니다.

그림 1: 엔셀라두스의 표면 기하학적 알베도 및 감지된 수증기 방출. a) 반사된 태양 모델에 대해 정규화된 후행 반구의 표면 기하학적 알베도. 스펙트럼은 H2O 얼음의 몇 가지 강력한 특징을 보여 주지만 CO2, CO 또는 NH3 얼음의 예상 파장에서는 흡수가 관찰되지 않습니다. b) 관찰된 물 가스 방출의 모델로, 4개의 별개 영역이 식별됩니다: 7개의 엔셀라두스 반경(RE) 내의 중앙 영역(주황색 원); 7~30 RE 사이의 내부 깃털 영역; 확장된 깃털 영역(파란색 윤곽선)은 남쪽을 향하고 30~38 RE 사이에 있습니다. 북쪽과 30에서 38 RE 사이의 원환체 배경 영역(분홍색 윤곽선)입니다. c) 패널 b의 4개 영역 내의 H2O 형광 방출에 대한 데이터(검은색 선)와 모델(색선)은 명확성을 위해 수직으로 이동되었습니다. 각 영역에 대해 검색된 분자 수도 표시됩니다. 모든 모델은 25 ±3K의 회전 온도를 유지합니다. — Astro-ph.EP

흥미롭게도 관측된 가스 방출 속도(300kg/s)는 15년 전 카시니의 근접 관측에서 파생된 것과 유사하며 토러스 밀도는 13년 전 허셜의 이전 공간적으로 해결되지 않은 측정과 일치합니다. 엔셀라두스의 가스 분출은 10년 단위로 비교적 안정적이었습니다.

물 방출은 시야 전체에 걸쳐 관찰되며, 토성 주변의 확장된 배경 토러스에 영양을 공급하는 엔셀라두스에서 뿜어져 나오는 거대한 물기둥을 드러냅니다. a) 관측은 엔셀라두스의 후행 반구와 토러스의 가장자리를 샘플링합니다. 여기서 RS는 토성의 평균 반경을 나타냅니다. b) 각 스팍셀(0.1"×0.1")에서 H2O 컬럼 밀도는 2.62~2.72μm 범위에서 관찰된 분자 형광 방출로부터 검색되었습니다. 엔셀라두스는 직경이 0.07"(스팍셀보다 작음)이고 점 확산 함수(PSF)의 연속체 이미지가 삽입된 상자에 표시됩니다. 일부 잔류 대각선 줄무늬가 관찰되는데 이는 검출기 효과에서 비롯된 것으로 의심됩니다. c ) 그림 1b와 같이 플룸과 토러스 배경 방출로 구성된 두 가지 구성 요소가 있는 모델30은 관측치를 잘 재현합니다.d) 관측치에서 가스 방출 모델을 빼서 잔차 이미지를 계산하여 데이터에 가까운 적합성을 나타냅니다. . — astro-ph.EP

이 활동 수준은 매립된 적도 토러스에 대해 4.5×1017m-2의 파생 기둥 밀도를 유지하기에 충분하며 엔셀라두스를 토성계 전체에 걸쳐 주요 물 공급원으로 확립합니다. 우리는 물이 아닌 여러 가스(CO2, CO, CH4, C2H6, CH3OH)에 대한 검색을 수행했지만 스펙트럼에서는 아무것도 확인되지 않았습니다.

후행 반구의 표면에서 우리는 결정 형태를 포함하여 강한 H2O 얼음 특징을 관찰하지만 이러한 관찰에서 CO2, CO 또는 NH3 얼음 특징을 복구하지는 않습니다. 우리가 태양계 외부로 새로운 우주선을 보낼 준비를 하고 있는 동안, 이러한 관측은 JWST가 먼 얼음 몸체와 극저온 화산 기둥 탐사에 중요한 지원을 제공하는 독특한 능력을 보여줍니다.

Villanueva GL, Hammel HB, Milam SN, Kofman V, Faggi S, Glenn CR, Cartwright R, Roth L, Hand KP, Paganini L, Spencer J, Stansberry J, Holler B, Rowe N -Gurney, S. Protopope, G. Strazzulla, G. Liuzzi, G. Cruz-Mermy, M. El Moutamid, M. Hedman, K. Denny

의견: 2023년 5월 17일 Nature Astronomy에 게재가 승인되었습니다. 주제: Earth and Planetary Asphysics (astro-ph.EP) 인용: arXiv:2305.18678 [astro-ph.EP] (또는 arXiv:2305.18678v1 [astro-ph.EP] 이 버전의 경우)제출 내역 출처: Geronimo Villanueva[v1] 2023년 5월 30일 화요일 01:34:57 UTC(1,373KB)https://arxiv.org/abs/2305.18678우주생물학