JWST Mapeo molecular y caracterización de la pluma de agua de Enceladus que alimenta su toroide

Enceladus es un objetivo principal en la búsqueda de vida en nuestro sistema solar, ya que tiene una columna activa probablemente conectada a un gran océano subterráneo de agua líquida.

Utilizando el sensible instrumento NIRSpec a bordo del JWST, buscamos compuestos orgánicos y caracterizamos la composición y estructura de la pluma. Las observaciones muestrean directamente las emisiones de fluorescencia de H2O y revelan una pluma extraordinariamente extensa (hasta 10 000 km o 40 radios de Encelado) a temperaturas criogénicas (25 K) incrustada en un gran baño de emisión que se origina en el toro de Encelado.

Figura 1: Albedo geométrico de la superficie de Encelado y emisiones de vapor de agua detectadas. a) Albedo geométrico superficial del hemisferio posterior normalizado con respecto a un modelo solar reflejado30. El espectro muestra varias firmas fuertes de hielo de H2O, mientras que no se observan absorciones en las longitudes de onda esperadas para el hielo de CO2, CO o NH3. b) Modelo de la desgasificación del agua observada, en el que se identifican 4 regiones distintas: la región central (círculo naranja) dentro de los 7 radios de Encélado (RE); la región del penacho interior entre 7 y 30 RE; la región de la pluma extendida (contorno azul) hacia el Sur y entre 30 y 38 RE; y la región de fondo del toro (contorno rosa) hacia el Norte y entre 30 y 38 RE. c) Datos (líneas negras) y modelo (líneas de colores) de las emisiones de fluorescencia de H2O dentro de las cuatro regiones del panel b, desplazadas verticalmente para mayor claridad. También se indica el número de moléculas recuperadas para cada región. Todos los modelos son consistentes con una temperatura rotacional de 25 ±3K. — astro-ph.EP

Curiosamente, la tasa de desgasificación observada (300 kg/s) es similar a la derivada de observaciones cercanas con Cassini hace 15 años, y la densidad del toro es consistente con mediciones previas espacialmente no resueltas con Herschel hace 13 años, lo que sugiere que el vigor de La erupción de gas de Encelado ha sido relativamente estable durante escalas de tiempo decenales.

La emisión de agua se observa en todo el campo de visión, revelando una inmensa columna de agua que emana de Encelado y alimenta un toroide de fondo extendido alrededor de Saturno. a) Las observaciones muestrean el hemisferio posterior de Encelado y el borde del toro, donde RS se refiere al radio medio de Saturno. b) En cada spaxel (0,1″×0,1″), la densidad de la columna de H2O se recuperó de las emisiones de fluorescencia molecular observadas en el rango de 2,62 a 2,72 μm. Enceladus tiene un diámetro de 0,07" (más pequeño que un spaxel) y la imagen continua de la función Point-Spread-Function (PSF) se muestra en el cuadro insertado. Se observan algunas franjas diagonales residuales, que sospechamos se originan en los efectos del detector. c ) Un modelo30 con dos componentes, como se muestra en la Figura 1b, que consiste en una emisión de penacho y un toro de fondo, reproduce bien las observaciones. d) Se calculó una imagen residual restando el modelo de desgasificación de las observaciones, lo que reveló un ajuste perfecto a los datos . — astro-ph.EP

Este nivel de actividad es suficiente para mantener una densidad de columna derivada de 4,5 × 1017 m-2 para el toroide ecuatorial incrustado y establece a Encelado como la principal fuente de agua en todo el sistema de Saturno. Realizamos búsquedas de varios gases distintos del agua (CO2, CO, CH4, C2H6, CH3OH), pero no se identificó ninguno en los espectros.

En la superficie del hemisferio posterior, observamos fuertes características de hielo de H2O, incluida su forma cristalina, pero no recuperamos firmas de hielo de CO2, CO ni NH3 de estas observaciones. Mientras nos preparamos para enviar nuevas naves espaciales al sistema solar exterior, estas observaciones demuestran la capacidad única de JWST para brindar un apoyo crítico a la exploración de cuerpos helados distantes y columnas criovolcánicas.

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

Comentarios: Aceptado para publicación en Nature Astronomy el 17 de mayo de 2023Temas: Astrofísica terrestre y planetaria (astro-ph.EP)Citar como: arXiv:2305.18678 [astro-ph.EP] (o arXiv:2305.18678v1 [astro-ph.EP] para esta versión)Historial de envíosDe: Geronimo Villanueva[v1] martes, 30 de mayo de 2023 01:34:57 UTC (1,373 KB)https://arxiv.org/abs/2305.18678Astrobiología

Cofundador de SpaceRef, Explorers Club Fellow, ex-NASA, Away Teams, Periodista, Space & Astrobiology, Escalador retirado.