Κατά τη διάρκεια ενός διαλείμματος από την μελέτη πλανητών γύρω από άλλα αστέρια, ο δορυφόρος Cheops (CHaracterising ExOPlanet Satellite) της ESA, παρατήρησε έναν νάνο πλανήτη στο Ηλιακό μας Σύστημα και συνέβαλε αποφασιστικά στην ανακάλυψη ενός πυκνού δακτυλίου γύρω του.
Ο νάνος πλανήτης είναι γνωστός ως Quaoar, και η παρουσία ενός δακτυλίου, σε απόσταση σχεδόν επτάμισι φορές την ακτίνα του, αποτελεί ένα αίνιγμα καθώς το υλικό θα έπρεπε να έχει σχηματίσει ένα μικρό φεγγάρι.
Παρατηρώντας μακρινά αντικείμενα στο Ηλιακό Σύστημα
Ο δακτύλιος ανακαλύφθηκε μέσω μιας σειράς παρατηρήσεων μεταξύ 2018 και 2021. Χρησιμοποιώντας επίγεια τηλεσκόπια και το διαστημικό τηλεσκόπιο Cheops, οι αστρονόμοι παρατήρησαν διαδοχικές αποκρύψεις μακρινών αστέρων από τον Quaoar.
Οι παρατηρήσεις των αποκρύψεων παρέχουν πληροφορίες για το μέγεθος και το σχήμα του αντικειμένου που αποκρύπτει το άστρο και μπορεί να διαπιστωθεί εάν το αντικείμενο έχει ατμόσφαιρα ή όχι. Σε αυτή την περίπτωση, μικρές πτώσεις στην φωτεινότητα του άστρου πριν και μετά την κύρια απόκρυψη, αποκάλυψαν την παρουσία υλικού σε τροχιά γύρω από τον Quaoar.
Ο (50000) Quaoar ανήκει στα μεταποσειδώνια αντικείμενα (Trans-Neptunian objects, TNOs), έναν πληθυσμό περίπου 3000 σωμάτων στις εξωτερικές περιοχές του Ηλιακού Συστήματος, πέρα από την τροχιά του πλανήτη Ποσειδώνα, τα μεγαλύτερα από τα οποία είναι ο Πλούτωνας και η Έρις.
Με εκτιμώμενη ακτίνα 555 χιλιόμετρα, ο Quaoar κατατάσσεται στην έβδομη θέση στη λίστα μεγεθών και διαθέτει ένα μικρό φεγγάρι που ονομάζεται Weywot, ακτίνας περίπου 80 χιλιομέτρων.
Η μελέτη τέτοιων αντικειμένων είναι δύσκολη λόγω των μικρών μεγεθών και των ακραίων αποστάσεων τους. Ο ίδιος ο Quaoar περιφέρεται γύρω από τον Ήλιο σε σχεδόν 44 φορές την απόσταση Ήλιου – Γης. Έτσι, οι αποκρύψεις είναι ιδιαίτερα πολύτιμα εργαλεία, ωστόσο μέχρι πρόσφατα, ήταν δύσκολο να προβλεφθεί ακριβώς πότε και πού θα πραγματοποιηθούν.
Για να συμβεί μια απόκρυψη, η ευθυγράμμιση μεταξύ του αντικειμένου (TNO), του άστρου και του τηλεσκοπίου πρέπει να είναι εξαιρετικά ακριβής. Στο παρελθόν, ήταν σχεδόν αδύνατο να πληρούνται οι αυστηρές προϋποθέσεις ακρίβειας ώστε να παρατηρηθεί ένα συμβάν. Έτσι δημιουργήθηκε το Lucky Star από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο Έρευνας, με σκοπό την πρόβλεψη επερχόμενων αποκρύψεων αστέρων από μεταποσειδώνια αντικείμενα και τον συντονισμό των παρατηρήσεων τους από επαγγελματικά και ερασιτεχνικά αστεροσκοπεία σε όλο τον κόσμο.
Ακριβής ευθυγράμμιση
Ο αριθμός των παρατηρούμενων αστρικών αποκρύψεων το τελευταίο διάστημα έχει αυξηθεί και σε μεγάλο βαθμό, αυτό οφείλεται στη συνεισφορά δεδομένων από την Gaia, την αποστολή χαρτογράφησης αστεριών της ESA. Η Gaia έχει προσφέρει τέτοια εκπληκτική ακρίβεια στις αστρικές θέσεις που οι προβλέψεις της ομάδας Lucky Star έχουν μεγάλο ποσοστό επιτυχίας.
Ωστόσο οι ερευνητές είχαν αμφιβολίες για την επιτυχή παρατήρηση με το CHEOPS, καθώς η τροχιά του δορυφόρου επηρεάζεται από την τριβή του στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας της Γης, λόγω απρόβλεπτης ηλιακής δραστηριότητας που την διογκώνει ανά διαστήματα. Παλαιότερες απόπειρες παρατήρησης απόκρυψης από τον Πλούτωνα απέτυχαν λόγω μικρής ακρίβειας της πρόβλεψης.
Με τα δεδομένα από την Gaia όμως, η πρώτη παρατήρηση απόκρυψης από μεταποσειδώνιο αντικείμενο, τον Quaoar, ήταν επιτυχής.
Ο δακτύλιος
Η αναλογία σήματος και θορύβου στην συγκεκριμένη παρατήρηση απόκρυψης ήταν πολύ μεγάλη, καθώς το τηλεσκόπιο παρατηρεί χωρίς την ενοχλητική παρεμβολή της ατμόσφαιρας.
Η πιθανότητα να οφείλεται η μείωση της φωτεινότητας του αστεριού σε διαταραχές της ατμόσφαιρας ήταν μηδαμινή.
Σε συνδυασμό με παρατηρήσεις επίγειων τηλεσκοπίων αλλά και ερασιτεχνών αστρονόμων τα τελευταία χρόνια, η ύπαρξη δακτυλίου γύρω από τον Quaoar ήταν η καλύτερη εξήγηση.
Αναμφίβολα ο βασιλιάς των δακτυλίων είναι ο Κρόνος. Παρά το άκρως εντυπωσιακό θέαμα που προσφέρει, η μάζα των δακτυλίων είναι πάρα πολύ μικρή, περίπου το ⅓ της μάζας του Μίμα, δορυφόρου του Κρόνου, ή μισή μάζα των πάγων της Ανταρκτικής
Πολύ μικρότερος σε μάζα αλλά εξίσου σημαντικός είναι και ο δακτύλιος του Quaoar. Δακτύλιοι έχουν εντοπιστεί και σε άλλα μικρά σώματα, όπως η Χαρικλώ και η Haumea, όμως η θέση του δακτυλίου του Quaoar είναι που προκαλεί εντύπωση.
Το όριο Ρος
Οποιοδήποτε ουράνιο αντικείμενο με αξιόλογο βαρυτικό πεδίο έχει ένα όριο εντός του οποίου ένα άλλο αντικείμενο που το πλησιάζει θα διαλυθεί, γνωστό ως όριο Ρος (Roche). Συστήματα πυκνών δακτυλίων αναμένεται να υπάρχουν εντός του ορίου Ρος, όπως συμβαίνει με τον Κρόνο, τη Χαρικλώ και την Haumea.
Στον Quaoar όμως ο δακτύλιος εντοπίστηκε πολύ πιο μακριά από το όριο Ρος, γεγονός που δεν συμφωνεί με την θεωρία, καθώς τα υλικά του δακτυλίου θα έπρεπε να είχαν ενωθεί, σχηματίζοντας ένα μικρό φεγγάρι μέσα σε λίγες μόνο δεκαετίες.
Μια πιθανή εξήγηση είναι ότι η συνένωση των υλικών σε ένα σώμα γίνεται δυσκολότερη όταν επικρατούν τόσο ψυχρές θερμοκρασίες.
Οι παρατηρήσεις αποκρύψεων μέσω του Lucky Star θα συνεχιστούν για τον Quaoar και άλλα μεταποσειδώνια αντικείμενα με πιθανές νέες ανακαλύψεις παρόμοιων δακτυλίων.