Mappatura molecolare JWST e caratterizzazione del pennacchio d'acqua di Encelado che alimenta il suo toro

Jul 22, 2023

Encelado è un obiettivo primario nella ricerca della vita nel nostro sistema solare, avendo un pennacchio attivo probabilmente collegato a un grande oceano sotterraneo di acqua liquida.

Utilizzando il sensibile strumento NIRSpec a bordo del JWST, abbiamo cercato composti organici e caratterizzato la composizione e la struttura del pennacchio. Le osservazioni campionano direttamente le emissioni di fluorescenza di H2O e rivelano un pennacchio straordinariamente esteso (fino a 10.000 km o 40 raggi di Encelado) a temperature criogeniche (25 K) incorporato in un grande bagno di emissione originato dal toro di Encelado.

Figura 1: Albedo geometrico della superficie di Encelado ed emissioni di vapore acqueo rilevate. a) Albedo geometrico della superficie dell'emisfero posteriore normalizzato rispetto ad un modello solare riflesso30. Lo spettro mostra diverse forti tracce di ghiaccio H2O, mentre non si osservano assorbimenti alle lunghezze d’onda previste per il ghiaccio CO2, CO o NH3. b) Modello del degassamento osservato dell'acqua, in cui vengono identificate 4 regioni distinte: la regione centrale (cerchio arancione) entro 7 raggi di Encelado (RE); la regione del pennacchio interno tra 7 e 30 RE; la regione estesa del pennacchio (contorno blu) verso Sud e tra 30 e 38 RE; e la regione di fondo del toro (contorno rosa) verso Nord e tra 30 e 38 RE. c) Dati (linee nere) e modello (linee colorate) delle emissioni di fluorescenza di H2O all'interno delle quattro regioni del pannello b, spostati verticalmente per chiarezza. Viene inoltre indicato il numero di molecole recuperate per ciascuna regione. Tutti i modelli sono coerenti con una temperatura di rotazione di 25 ±3K. — astro-ph.EP

Curiosamente, il tasso di degassamento osservato (300 kg/s) è simile a quello derivato da osservazioni ravvicinate con Cassini 15 anni fa, e la densità del toro è coerente con precedenti misurazioni spazialmente irrisolte con Herschel 13 anni fa, suggerendo che il vigore di L'eruzione gassosa da Encelado è stata relativamente stabile nel corso di decenni.

L'emissione di acqua viene osservata attraverso l'intero campo visivo, rivelando un immenso pennacchio d'acqua proveniente da Encelado che alimenta un esteso toro di fondo attorno a Saturno. a) Le osservazioni campionano l'emisfero finale di Encelado e il bordo del toro, dove RS si riferisce al raggio medio di Saturno. b) Ad ogni spaxel (0,1″×0,1″), la densità della colonna H2O è stata recuperata dalle emissioni di fluorescenza molecolare osservate nell'intervallo da 2,62 a 2,72 μm. Encelado ha un diametro di 0,07 pollici (più piccolo di uno spaxel) e l'immagine continua della funzione Point-Spread (PSF) è mostrata nel riquadro interno. Si osservano alcune strisce diagonali residue, che sospettiamo provengano da effetti del rilevatore. c ) Un modello30 con due componenti come mostrato nella Figura 1b, costituito da un pennacchio e un'emissione di fondo toroidale, riproduce bene le osservazioni. d) Un'immagine residua è stata calcolata sottraendo il modello di degassamento dalle osservazioni, rivelando una stretta corrispondenza con i dati .— astro-ph.EP

Questo livello di attività è sufficiente a mantenere una densità di colonna derivata di 4,5×1017 m-2 per il toro equatoriale incorporato e stabilisce Encelado come la principale fonte d'acqua in tutto il sistema saturniano. Abbiamo effettuato ricerche per diversi gas diversi dall'acqua (CO2, CO, CH4, C2H6, CH3OH), ma negli spettri non ne è stato identificato nessuno.

Sulla superficie dell’emisfero posteriore, osserviamo forti caratteristiche del ghiaccio H2O, inclusa la sua forma cristallina, ma non recuperiamo le tracce di CO2, CO o NH3 da queste osservazioni. Mentre ci prepariamo a inviare nuovi veicoli spaziali nel sistema solare esterno, queste osservazioni dimostrano la capacità unica di JWST nel fornire un supporto fondamentale all’esplorazione di corpi ghiacciati distanti e pennacchi criovulcanici.

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

Commenti: Accettato per la pubblicazione su Nature Astronomy il 17 maggio 2023Argomenti: Astrofisica terrestre e planetaria (astro-ph.EP)Citare come: arXiv:2305.18678 [astro-ph.EP] (o arXiv:2305.18678v1 [astro-ph.EP] per questa versione) Cronologia invii Da: Geronimo Villanueva[v1] Mar, 30 maggio 2023 01:34:57 UTC (1.373 KB)https://arxiv.org/abs/2305.18678Astrobiology