JWST 对 Makemake 表面碳氢冰与甲烷气体的探测

JWST/NIRSpec 对 Makemake 的观测揭示了其化学复杂的表面以及存在气态 CH$_4$ 的证据。我们的光谱建模表明，其表面成分由 CH$_4$、CH$_3$D 和可能的 CH$_3$OH 组成，并与 C$_2$H$_2$ 和 C$_2$H$_6$ 的聚集体结合。鉴于 C$_2$H$_4$ 预期的光化学起源，我们也考虑了其存在的可能性。面积构型和分层构型均能重现观测到的光谱，其中后者更受青睐。这一成分证实了早期的碳氢化合物探测，并表明 CH$_4$ 光解作用要么正在进行，要么最近发生过。对 CH$_3$D 的探测得出 CH$_4$ 冰中的 D/H 比率为 $(3.98 \pm 0.34) \times 10^{-4}$，在 $2\sigma$ 范围内与先前的估计一致。我们报告了首次探测到来自 Makemake 的 CH$_4$ 荧光，使其成为继冥王星之后第二个确认存在挥发物释放的海王星外天体。我们探讨了两种与观测到的 CH$_4$ 发射相一致的场景，尽管两者均不能完全重现数据：一个是膨胀的彗发，产生的产生率为 $(0.2\unicode{x2013}1.6) \times 10^{28}$ molecules s$^{-1}$，且转动-振动温度约为 35 K，可能起源于局部羽流；另一个是引力束缚的大气层，如果采用该场景，意味着气体动力学温度接近 40 K，表面压力约为 10 pbar$\unicode{x2014}$这些值与恒星掩星约束以及与表面 CH$_4$ 冰处于平衡状态的大气层相一致。要区分这些场景，将需要更高的光谱分辨率和改善的信噪比观测。综合来看，气相 CH$_4$、介于彗星中水和 CH$_4$ 之间的中间 D/H 比率，以及复杂的表面成分，挑战了将 Makemake 视为宁静冰冻天体的传统观点。