الأجسام الواقعة خلف نبتون (Trans-Neptunian Objects, TNOs) هي كواكب مصغرة جليدية تقع خلف مدار نبتون، وقد بقيت دون تغيير تقريبًا على مدى 4 مليارات سنة. توزيعها حسب الحجم، المستنتج من دالة اللمعان، يُعد اختبارًا مباشرًا لنماذج تكوين الكواكب المصغرة. المسوحات الأرضية محدودة بلمعان يبلغ حوالي 27 قدرًا ظاهريًا، بينما وصل تلسكوب هابل الفضائي إلى قدر 28 فقط على مساحة 0.02 درجة مربعة، واكتشف ثلاثة أجسام فقط. يتميز هذا العمل عن غيره: فالجيران الأقرب في الأرشيف يدرسون أغلفة الأجسام الصغيرة، وعدسة المادة المظلمة، والانفجارات النجمية، لكن لم يصل أحد إلى هذا العمق في دالة لمعان الأجسام الواقعة خلف نبتون. بيانات ويب تفتح لأول مرة نطاق الأحجام من 10 إلى 30 كيلومترًا، حيث يُختبر فرضية عدم الاستقرار الانسيابي (streaming instability) مع انهيار سحب الحصى.
أُجريت الأرصاد بكاميرا NIRCam في المرشحين فائقَي الاتساع F150W2 وF322W2 في الفترة من 24 يناير إلى 4 فبراير 2023. غطت فسيفساء من 20 حقلًا مساحة 0.05 درجة مربعة بالقرب من مستوى مسار الشمس، وصُوّر كل حقل ثلاث مرات بفاصل زمني يبلغ حوالي خمسة أيام. للبحث عن الأجسام المتحركة، طُبقت تقنية الإزاحة والتراص: حُاذيت الصور وفقًا للحركة المفترضة للمرشح، مما عزز إشارته على خلفية النجوم الثابتة. مر مليون تنبيه خوارزمي عبر مجموعة من ثلاث شبكات عصبية متبقية (residual neural networks) دُرّبت على مصادر مدمجة اصطناعيًا، مما قلل عدد المسارات الخاطئة إلى 50 ألفًا. ثم فُحص كل مرشح بمحاكاة المشهد: طُوّق نموذج نقطة متحركة على خلفية ثابتة، وطُلب اتساق التدفق بين التعريضات.
اكتُشف 27 جسمًا موثوقًا خلف نبتون، منها 18 جسمًا جديدًا في ثلاث عصور رصدية و7 في عصرين، بالإضافة إلى قنطور واحد. أضعف جسم له لمعان 29.3 قدرًا ظاهريًا في F150W2، وهو ما يعادل قطرًا يبلغ حوالي 10 كيلومترات عند بياض 15%. بلغ حد كفاءة الاكتشاف بنسبة 40% قدر 28.8 في F150W2، وهو أعمق بقدر نجمي كامل من الرقم القياسي السابق لهابل. توصف دالة اللمعان للمجموعتين الباردة والحارة بقانون قوى واحد بميل α = 0.29 (+0.07/−0.06)، دون فروق ذات دلالة بين المجموعتين. النماذج الأكثر تعقيدًا، بما فيها قانون القوى المتضائل أسيًا، لا تقدم أفضلية وفق معيار بايز المعلوماتي.
يتميز هذا العمل عن الدراسات المجاورة بأنه يقيس لأول مرة ميل دالة لمعان الأجسام الواقعة خلف نبتون في نطاق لمعان من 25 إلى 29 قدرًا ظاهريًا، وهو نطاق لم يصل إليه هابل ولا المسوحات الأرضية. الميل المتساوي المسطح لدى المجموعتين الباردة والحارة يشير إلى أن آلية تكوين الكواكب المصغرة غير حساسة للظروف المحلية للقرص، أي درجة الحرارة والكثافة. يتوافق هذا مع سيناريو عدم الاستقرار الانسيابي مع انهيار سحب الحصى، الذي يتنبأ بذيل قانون قوى دون انهيار أسي حتى حوالي 10 كيلومترات. كما تعني دالة اللمعان المسطحة أن الكتلة الرئيسية لحزام كويبر البارد تتركز في أجسام بحجم حوالي 200 كيلومتر، وليس في الحطام الصغير.
المسح المستقبلي LSST سيزيد عينة الأجسام الواقعة خلف نبتون بعشرة أضعاف، لكن حده في اللمعان عند حوالي 8 قدرًا مطلقًا لن يمس الطرف الخافت الذي دُرس هنا. المزيد من التقدم نحو أجسام أصغر سيتطلب إما حقولًا عميقة جديدة بـ JWST أو بعثات متخصصة. من الأمور ذات الاهتمام الخاص اختبار التقارب المحتمل في البياض بين الأجسام الباردة والحارة عند الأحجام الصغيرة، الأمر الذي يتطلب أرصادًا حرارية في الأشعة تحت الحمراء المتوسطة.
النتيجة تقيد مباشرة نماذج تكوين الكواكب المصغرة في الأقراص الكوكبية الأولية، وتحدد بدقة أكبر الكتلة الكلية لحزام كويبر البارد، التي تُقدر الآن بـ 0.01 كتلة أرضية مع عدم يقين يحدده البياض والكثافة، وليس دالة اللمعان.
الخطوة التالية هي الحصول على أرصاد حرارية للأجسام الصغيرة الواقعة خلف نبتون لكسر التحلل بين الحجم والبياض. من المهم أيضًا توسيع عينة الأجسام البعيدة التي تتجاوز 80 وحدة فلكية، حيث لم يُعثر حتى الآن سوى على ممثل واحد.
يبقى غير واضح لماذا تمتلك المجموعتان الباردة والحارة الميل نفسه رغم تاريخهما الديناميكي المختلف. إذا كانت الأجسام الحارة قد تعرضت لتآكل تصادمي مكثف، فكان يجب أن تصبح دالة لمعانها أكثر انحدارًا، لكن البيانات لا تُظهر ذلك. ربما كان التطور التصادمي أضعف مما كان مفترضًا، أو أن بياض المجموعتين يتقارب عند الأحجام الصغيرة، مما يخفي الفرق في توزيع الأحجام.
أضعف جسم تم اكتشافه بشكل موثوق، JPB24، أضعف بمقدار 100 مرة من ألمع جسم في المسح، 2015 GK56، ولمعانه يعادل لهب شمعة على مسافة القمر.