Quaoar jest jedną z około 3000 planet karłowatych w Pasie Kuipera naszego Układu Słonecznego. Astronomowie odkryli go w 2002 roku. Jest tylko o połowę mniejszy od Plutona i ma około 1121 km średnicy. Quaoar ma mały księżyc o nazwie Weywot, a planeta i jej księżyc są bardzo trudne do szczegółowej obserwacji. Astronomowie wykorzystali zakrycie , aby zbadać planetę karłowatą Quaoar i odkryli, że ma ona coś nieoczekiwanego: pierścień w miejscu, w którym powinien znajdować się księżyc.
Zakrycia pojawiają się, gdy obiekt, który chcemy obserwować, ustawia się bezpośrednio przed odległą gwiazdą. Gwiazda podświetla obiekt wydobywając najróżniejsze szczegóły. W tym przypadku wiele teleskopów naziemnych obserwowało, jak mały Quaoar przesłania odległą gwiazdę. Jednym z teleskopów był teleskop kosmiczny CHEOPS ESA, który również obserwował ten obiekt. To, co zobaczyły teleskopy, zaskoczyło astronomów. Poza granicami Roche w Quaoar, w miejscu, gdzie powinien znajdować się księżyc, znajduje się pierścień gruzu. Odkrycia te znajdują się w artykule zatytułowanym „Gęsty pierścień obiektu transneptunowego Quaoar poza jego granicą Roche’a”. Artykuł został opublikowany w czasopiśmie Nature, a głównym autorem jest Bruno Morgado. Morgado pracuje na Universidade Federal do Rio de Janeiro w Brazylii.
Granica Roche’a to odległość od planety, wewnątrz której księżyc zostanie rozerwany przez grawitację planety. Oczekuje się, że poza granicą Roche pył i gruz naturalnie połączą się w księżyc. Znane pierścienie Saturna znajdują się wewnątrz granicy Roche’a gazowego olbrzyma i to samo dotyczy wszystkich innych obiektów z pierścieniami, które astronomowie widzą. Ale pierścień Quaoara znajduje się w odległości prawie siedem i pół promienia planety.
Pierścień nie został odkryty w jednej chwili. Potwierdzenie jego istnienia wymagało wielu obserwacji w latach 2018-2021. W tym okresie Quaoar przesłonił kilka odległych gwiazd i za każdym razem astronomowie obserwowali, jak blokował światło. Za każdym razem, gdy światło spadało, ujawniało więcej informacji o planecie karłowatej. Ale przed i po każdej głównej okultacji następował kolejny spadek. Astronomowie wiedzieli już o maleńkim księżycu Quaoar Weywot, obiekcie o średnicy zaledwie około 80 km; było tam coś jeszcze.
Pierścień nie został znaleziony przypadkowo. Astronomowie musieli dokładnie wiedzieć z wyprzedzeniem, kiedy wystąpią zakrycia, aby móc badać Quaoar i inne obiekty transneptunowe (TNO). A zakrycia musiały być precyzyjne. Bruno Sicardy jest profesorem astronomii w Obserwatorium Paryskim na Sorbonie. Kierował projektem o nazwie Lucky Star, który identyfikował nadchodzące zakrycia przez Quaoar, aby wiele teleskopów mogło je obserwować.
Misja ESA Gaia ułatwiła identyfikację tych zakryć. Gaia to projekt mapowania gwiazd o niespotykanym zakresie i precyzji. Pozwoliło to Sicardy zidentyfikować jeszcze więcej przyszłych zakryć i zaobserwować możliwości dla małego Quaoara. W tym miejscu wkracza CHEOPS ESA. CHEOPS oznacza charakteryzację satelity ExOPlanet i jest to teleskop kosmiczny, który bada pobliskie jasne gwiazdy, przy których znajdują się znane egzoplanety. Kate Isaak, naukowiec projektu ESA dla misji Cheops, zastanawiała się, czy CHEOPS mógłby odegrać pewną rolę, obserwując niektóre zakrycia Quaoara. Skontaktowała się z członkiem zespołu Lucky Star, Isabellą Pagano, aby sprawdzić, czy CHEOPS może pomóc.
Do obserwacji zakryć odległych gwiazd przez Quaoara potrzebna jest niezwykła precyzja, co wywołało sceptycyzm Pagano. Trajektoria CHEOPS podlega niewielkim wahaniom spowodowanym oporem atmosferycznym. Zmiany w aktywności Słońca mogą wpłynąć na gęstość górnej atmosfery Ziemi, co może zakłócić działanie CHEOPS. Zespół po raz pierwszy użył CHEOPS do obserwacji zakrycia Plutona, ale bezskutecznie. Potem spróbowali ponownie z zaktyciem Quaoara i tym razem się opłaciło.
Dane CHEOPS są niesamowite pod względem stosunku sygnału do szumu.powiedział Pagano.
Ponieważ CHEOPS jest teleskopem kosmicznym, nie musi zmagać się z chaotyczną atmosferą Ziemi i całym hałasem, jaki wprowadza do obserwacji. Ta przejrzystość oznaczała, że spadków jasności gwiazd nie można przypisać ziemskiej atmosferze. Potwierdziły to wtórne obserwacje za pomocą teleskopów naziemnych. Główny autor obserwacji Morgado połączył dane CHEOPS z obserwacjami naziemnymi. Włączył również amatorskie obserwacje Quaoara, który przez lata zakrywał różne gwiazdy. Rezultatem był solidny zestaw danych.
Kiedy złożyliśmy wszystko razem, zobaczyliśmy spadki jasności, które nie były spowodowane przez Quaoar, ale wskazywały na obecność materii na kołowej orbicie wokół niego. W chwili, gdy to zobaczyliśmy, powiedzieliśmy:„ Dobra, widzimy pierścień wokół Quaoar.powiedział Morgado.
Pierścień nie jest jednolity. Autorzy opisują go w swoim artykule jako „zbity” i podobny do pierścienia F Saturna. Kępy są prawdopodobnie księżycami wielkości kilometrów i zderzają się ze sobą, tworząc pasma drobnych cząstek, które ponownie gromadzą się w większe obiekty w procesie stanu ustalonego .
Podsumowując, nasze obserwacje są zgodne z gęstym, nieregularnym pierścieniem Quaoara. Termin „gęsty” oznacza, że zderzenia odgrywają kluczową rolę w jego dynamice. Jednak w przeciwieństwie do wszystkich innych znanych gęstych pierścieni, pierścień Quaoara krąży daleko poza klasyczną granicą Roche’a.piszą autorzy.
Teraz zespół miał zagadkę na rękach. Quaoar nie jest jedynym małym obiektem z pierścieniami. Obserwacje naziemne wykazały również pierścienie wokół mniejszych planet Chariklo i Haumea. Ale te pierścienie znajdują się w granicach Roche’a planet. Pierścień otaczający Quaoar nie jest.
Tak więc intrygujące w tym odkryciu wokół Quaoar jest to, że pierścień materii jest znacznie dalej niż granica Roche’a.powiedział Giovanni Bruno z Obserwatorium Astrofizycznego INAF w Katanii we Włoszech, który jest jednym z autorów artykułu.
Pierścień Quaoara wydaje się obalać fundamentalną wiedzę. Odłamki tak daleko od planety powinny zlepić się w księżyc.
W wyniku naszych obserwacji, klasyczne przekonanie, że gęste pierścienie mogą przetrwać tylko wewnątrz ciała planetarnego w granicach Roche’a, musi zostać gruntownie zweryfikowane.powiedział Giovanni.
Jest zbyt wcześnie, aby wyciągać wnioski, dlaczego pierścienie przetrwały tak daleko od planety karłowatej. Niska temperatura w Pasie Kuipera może być przyczyną, ponieważ może zapobiegać przyleganiu do siebie ziaren lodu. Dopiero dalsze obserwacje mogą to potwierdzić. Cokolwiek powoduje pierścień, to niekonwencjonalne użycie CHEOPS odegrało kluczową rolę w jego odkryciu.
Astronomowie nie skończyli jeszcze badań nad Quaoarem. Zamierzają obserwować więcej zakryć, aby zobaczyć to, co mogą zobaczyć i udoskonalić swoje obserwacje. Jednocześnie będą starali się sformułować teorię wyjaśniającą, dlaczego pierścień planety przetrwał tak daleko od planety. W miarę ulepszania metod i narzędzi obserwacyjnych astronomowie prawdopodobnie znajdą więcej takich małych pierścieni. Quaoar, Haumea i Charikly raczej nie będą jedyną trójką.
Pierścień Quaoara jest trzecim przykładem gęstego pierścienia wokół małego ciała znalezionego w Układzie Słonecznym, co sugeruje, że jeszcze więcej czeka na odkrycie. Tymczasem duża odległość tego pierścienia od Quaoar oznacza, że należy zrewidować klasyczne przekonanie, że gęste pierścienie przetrwają tylko w granicach ciała planetarnego Roche’a. piszą autorzy.
