Mapeamento Molecular JWST e Caracterização da Pluma de Água de Encélado Alimentando Seu Toro

Jul 22, 2023

Encélado é um alvo principal na busca por vida em nosso sistema solar, tendo uma pluma ativa provavelmente conectada a um grande oceano de água líquida abaixo da superfície.

Usando o sensível instrumento NIRSpec a bordo do JWST, procuramos compostos orgânicos e caracterizamos a composição e estrutura da pluma. As observações amostram diretamente as emissões de fluorescência de H2O e revelam uma pluma extraordinariamente extensa (até 10.000 km ou 40 raios de Enceladus) em temperaturas criogênicas (25 K) embutida em um grande banho de emissão originário do toro de Enceladus.

Figura 1: Albedo geométrico da superfície de Encélado e emissões detectadas de vapor d'água. a) Albedo geométrico da superfície do hemisfério posterior normalizado em relação a um modelo solar refletido30. O espectro mostra várias assinaturas fortes de gelo H2O, enquanto nenhuma absorção é observada nos comprimentos de onda esperados para gelo CO2, CO ou NH3. b) Modelo da desgaseificação de água observada, no qual são identificadas 4 regiões distintas: a região central (círculo laranja) dentro de 7 raios de Encélado (RE); a região interna da pluma entre 7 e 30 RE; a região estendida da pluma (contorno azul) em direção ao Sul e entre 30 e 38 RE; e a região de fundo do toro (contorno rosa) em direção ao Norte e entre 30 e 38 RE. c) Dados (linhas pretas) e modelo (linhas coloridas) das emissões de fluorescência de H2O nas quatro regiões do painel b, deslocados verticalmente para maior clareza. O número recuperado de moléculas para cada região também é indicado. Todos os modelos são consistentes com uma temperatura rotacional de 25 ±3K. — astro-ph.EP

Curiosamente, a taxa de desgaseificação observada (300 kg/s) é semelhante àquela derivada de observações de perto com Cassini há 15 anos, e a densidade do toro é consistente com medições anteriores espacialmente não resolvidas com Herschel há 13 anos, sugerindo que o vigor de A erupção de gás de Encélado tem sido relativamente estável ao longo de escalas de tempo decadais.

A emissão de água é observada em todo o campo de visão, revelando uma imensa pluma de água emanando de Encélado, que alimenta um extenso toro de fundo ao redor de Saturno. a) As observações mostram o hemisfério posterior de Encélado e a borda do toro, onde RS se refere ao raio médio de Saturno. b) Em cada espaxel (0,1″×0,1″), a densidade da coluna de H2O foi recuperada das emissões de fluorescência molecular observadas na faixa de 2,62 a 2,72 μm. Enceladus tem 0,07" de diâmetro (menor que um spaxel), e a imagem contínua da Point-Spread-Function (PSF) é mostrada na caixa inserida. Algumas listras diagonais residuais são observadas, que suspeitamos originar-se dos efeitos do detector. c ) Um modelo30 com dois componentes, conforme mostrado na Figura 1b, consistindo em uma pluma e uma emissão de fundo toroidal, reproduz bem as observações. d) Uma imagem residual foi calculada subtraindo o modelo de desgaseificação das observações, revelando um ajuste próximo aos dados . — astro-ph.EP

Este nível de atividade é suficiente para manter uma densidade de coluna derivada de 4,5 × 1017 m-2 para o toro equatorial de incorporação e estabelece Encélado como a principal fonte de água em todo o sistema saturnino. Realizamos buscas por vários gases não aquáticos (CO2, CO, CH4, C2H6, CH3OH), mas nenhum foi identificado nos espectros.

Na superfície do hemisfério posterior, observamos fortes características de gelo de H2O, incluindo sua forma cristalina, mas não recuperamos assinaturas de gelo de CO2, CO nem NH3 dessas observações. Enquanto nos preparamos para enviar novas espaçonaves para o sistema solar externo, essas observações demonstram a capacidade única do JWST em fornecer suporte crítico para a exploração de corpos gelados distantes e plumas criovulcânicas.

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

Comentários: Aceito para publicação na Nature Astronomy em 17 de maio de 2023Assuntos: Earth and Planetary Astrophysics (astro-ph.EP)Citar como: arXiv:2305.18678 [astro-ph.EP] (ou arXiv:2305.18678v1 [astro-ph.EP] para esta versão)Histórico de envio De: Geronimo Villanueva[v1] Terça, 30 de maio de 2023 01:34:57 UTC (1.373 KB) https://arxiv.org/abs/2305.18678Astrobiologia