Нова пръстенова система е открита в нашата Слънчева система

Астрономи са открили система от пръстени около планета джудже във външните части на Слънчевата система.

Поразителната особеност на новооткритата система е, че пръстените се намират по-далеч от планетата джудже, отколкото при известните пръстеновидни системи в нашата Слънчева система.

Пръстените са открити в близост до планетата джудже, наречена (50000) Куаоар, която е наполовина по-малка от Плутон и се движи по орбита отвъд Нептун - външната планета на Слънчевата система.

Астрономите от Университета в Шефилд откриват пръстените с помощта на HiPERCAM - изключително чувствителна високоскоростна камера, прикрепена към най-големия единичен оптичен телескоп в света - 10,4-метровия Gran Telescopio Canarias (GTC) на остров Ла Палма.

Дори и с тази камера и телескоп пръстените не могат да се видят директно, но Вик Дхилон (Vik Dhillon) и екипът му все пак успяват да ги открият благодарение на окултация, при която Кваоар минава пред звезда на заден план, гледана от Земята - събитие, което продължава само няколко минути и се случва през юни 2019 г. С помощта на HiPERCAM те виждат, че светлината на звездата е намаляла, когато Куаоар се придвижва пред нея, но също така виждат и два други спада, които показват пръстени около планетата джудже.

_{Окултационна светлинна крива от инструмента на Webb's Near-infrared Camera (NIRCam) при дължина на вълната от 1,5 микрона (F150W) показва спадовете в яркостта на звездата (Gaia DR3 6873519665992128512), докато пръстените на Чарикло преминават пред нея на 18 октомври. Както се вижда в като илюстрация на окултацията, звездата не е минала зад Чарикло от гледната точка на Уеб, но е минала зад пръстените си. Всеки спад всъщност съответства на сенките на два пръстена около Чарикло, които са широки ~6-7 километра и ~2-4 километра и разделени от празнина от 9 километра. Двата отделни пръстена не са напълно разделени в тази светлинна крива. Кредит: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI). Science: Pablo Santos-Sanz (IAA/CSIC), Nicolás Morales (IAA/CSIC), Bruno Morgado (UFRJ, ON/MCTI, LIneA)}

Обектите с пръстени не се срещат често в Слънчевата система.

Планетите Сатурн, Юпитер, Уран и Нептун имат пръстени, а астероидите Чарикло и Хаумеа също имат такива - пръстенът на Чарикло бе наблюдаван наскоро от космическия телескоп на НАСА "Джеймс Уеб" и бе установено, че астероидът Чарикло е заобиколен от два странни плътни и тесни пръстена.

Всички тези пръстеновидни системи все още съществуват, защото са разположени близо до обекта, около който обикалят, така че приливните сили не позволяват на пръстеновидния материал да се разрасне и да образува луни.

Пръстените на Куаоар обаче са по-далеч; те са на разстояние до седем пъти по-голямо от радиуса на Куаоар (Ø 1074 км). Това е два пъти по-далеч от максималния радиус, при който пръстените могат да съществуват дълго време - така наречената "граница на Рош" (вж. изображението долу).

_{Кредит: Paris Observatory}

Пръстените на Сатурн например се намират на разстояние три пъти по-голямо от радиуса на Сатурн от планетата. Откриването на тази обширна система от пръстени означава, че трябва да се преразгледат теориите за произхода на пръстените.

The discovery of a ring around Quaoar, a small, sun-orbiting world beyond Pluto, is challenging astronomers’ ideas about how such rings form and persist https://t.co/ZUrIIYaBOf via @WSJ pic.twitter.com/BEcLAqtp3y

— Brian McGill (@brian_mcgill) February 8, 2023

В орбита около Куаоар се намира и друга луна, наречена Уейуйет, която обикаля на разстояние 24 пъти по-голямо от радиуса на Куаоар.

_{Художествено изображение на Куаоар с неговия пръстен и луната му Уейуйет. Кредит: ESA, CC BY-SA IGO 3.0}

Статия за откриването на пръстените на Куаоар е публикувана в Nature.

Независимо от наблюденията на астрономите от Шефилд, пръстените са открити и с мисията на Европейската космическа агенция "Спътник за характеризиране на екзопланети" (Cheops - CHaracterising ExOPlanet Satellite). Това откритие също е направено чрез наблюдение на окултацията, само че в този случай от космоса. 

Изненадващо откритие показва, че астероидът Чарикло е заобиколен от два странни плътни и тесни пръстена.

_{Илюстрацията показва как биха могли да изглеждат пръстените от близо до повърхността на Чарикло. Кредит: NASA/JPL}

В едно много прецизно наблюдение учените с помощта на новата техника на космическия телескоп на НАСА "Джеймс Уеб" успяха да уловят сенките на звездната светлина, хвърляни от тънките пръстени на Чарикло. Чарикло е ледено, малко тяло, но най-голямото от известната популация на Кентаврите, разположено на повече от 3 милиарда километра отвъд орбитата на Сатурн. Диаметърът на Чарикло е само 250 км или ~51 пъти по-малък от този на Земята, а пръстените му обикалят на разстояние около 400 км от центъра на обекта.

През 2013 г. Фелипе Брага-Рибас (Felipe Braga-Ribas) и сътрудници с помощта на наземни телескопи откриват, че Чарикло има система от два тънки пръстена. Такива пръстени се очакватсамо около големи планети като Юпитер и Нептун. Астрономите са наблюдавали звездата, докато Чарикло е преминавала пред нея, блокирайки светлината на звездата, както са прогнозирали. За тяхна изненада звездата примигва два пъти, преди да изчезне зад Чарикло, и отново примигва два пъти, след като звездата се появява отново. Примигването е причинено от два тънки пръстена - първите пръстени, открити някога около малък обект от Слънчевата система.

Пабло Сантос-Санц (Pablo Santos-Sanz) от Института по астрофизика на Андалусия в Гранада, Испания, има одобрена програма 1271 за опит за наблюдение на окултация като част от Гарантираните наблюдения на слънчевата система на космическия телескоп на НАСА "Джеймс Уеб", (GTO).

По невероятен късмет астрономите откриват, че Чарикло е на път да се наблюдава при точно такова събитие на окултация през октомври 2022 г.

Това е първият опит за окултиране на звезда с космическия телескоп "Джеймс Уеб".

_{Този видеоклип показва наблюдения, направени от космическия телескоп на НАСА "Джеймс Уеб", на звезда (фиксирана в центъра на видеото), докато Чарикло преминава пред нея. Видеото е съставено от 63 отделни наблюдения с изгледа на инструмента на Уеб за близкия инфрачервен спектър с дължина на вълната 1,5 микрона (F150W), получени в продължение на ~1 час на 18 октомври. Внимателният анализ на яркостта на звездата показва, че пръстените на системата Харикло са ясно открити. Кредит: NASA, ESA, CSA, Nicolás Morales (IAA/CSIC)}

"На 18 октомври използвахме инструмента Near-Infrared Camera (NIRCam) на Webb, за да наблюдаваме внимателно звездата Gaia DR3 6873519665992128512 и да следим за характерните спадове в яркостта, показващи, че е настъпила окултация. Сенките, създадени от пръстените на Чарикло, бяха ясно открити, демонстрирайки нов начин за използване на Уеб за изследване на обекти от Слънчевата система. Сянката на звездата, дължаща се на самия Чарикло, се проследяваше точно извън полезрението на Уеб. Този апулс (техническото наименование за близко преминаване без окултация) беше точно такъв, какъвто беше предвиден след последната маневра на траекторията на курса на Уеб", разказва Пабло Сантос-Санц.

Светлинната крива на окултацията на Уеб, графика на яркостта на обекта с течение на времето, показва, че наблюденията са били успешни. Пръстените са уловени точно както е предвидено. Светлинните криви на окултацията ще дадат интересни нови научни данни за пръстените на Чарикло.

"Когато се задълбочим в данните, ще проучим дали можем чисто да разделим двата пръстена. От формите на светлинните криви на окултация на пръстените ще изследваме също дебелината на пръстените, размерите и цветовете на пръстеновидните частици и др. Надяваме се да получим представа защо това малко тяло изобщо има пръстени и може би да открием нови по-слаби пръстени",  обяснява Сантос-Санц.

Справка:

Morgado, B.E., Sicardy, B., Braga-Ribas, F. et al. A dense ring of the trans-Neptunian object Quaoar outside its Roche limit. Nature 614, 239–243 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05629-6 

Източник:

A new ring system discovered in our Solar System, The University of Sheffield

ESA’s Cheops finds an unexpected ring around dwarf planet Quaoar, ESA

Webb Space Telescope Spies Chariklo’s Strange Ring System, NASA