ESA: Η αποστολή Cheops βρίσκει έναν απρόσμενο δακτύλιο γύρω από νάνο πλανήτη

Κατά τη διάρκεια διαλείμματος από την αναζήτηση (εξω)πλανητών που περιφέρονται γύρω από άλλα άστρα, η αποστολή Cheops (CHaracterising ExOPlanet Satellite) της ESA παρατήρησε έναν νάνο πλανήτη στο δικό μας Ηλιακό Σύστημα και συνέβαλε αποφασιστικά στην ανακάλυψη ενός δακτυλίου με πυκνό υλικό, γύρω του. Ο νάνος πλανήτης είναι γνωστός ως Quaoar. Η παρουσία δακτυλίου σε απόσταση σχεδόν επτάμιση φορές της ακτίνας του Quaoar, δημιουργεί ένα μυστήριο που οι αστρονόμοι θα πρέπει να λύσουν: γιατί το υλικό αυτό δεν κατέρρευσε για να συμπυκνωθεί σε ένα μικρό φεγγάρι;

Ποιος, όμως, είναι ο Quaoar; Είναι ένα αντικείμενο στην υπερ-ποσειδώνια περιοχή – ένα από τα TNO (trans-Neptunian objects) – όχι και τόσο ακουστό όσο άλλα TNOs, όπως ο Πλούτωνας και η Έρις, ένας νάνος πλανήτης στη ζώνη Kuiper, με διάμετρο περίπου 1.110 km, περίπου μισή από τη διάμετρο του Πλούτωνα. Το αντικείμενο αυτό ανακαλύφθηκε στις 4 Ιουνίου 2002, από τους Αμερικανούς αστρονόμους Chad Trujillo και Michael Brown στο Παρατηρητήριο Palomar. Σημάδια από πάγο που εντοπίστηκαν στην επιφάνειά του, υποδεικνύουν την ύπαρξη κρυο-ηφαιστειακής δραστηριότητας στον Quaoar. Στην επιφάνεια υπάρχει παρουσία μικρού ποσού μεθανίου, ένωση η οποία μπορεί να συγκρατείται μόνο από τα μεγαλύτερα αντικείμενα της ζώνης Kuiper. Ο Quaoar, έχει έναν γνωστό μικρό δορυφόρο, ένα φεγγάρι με το όνομα Weywot, που ανακαλύφθηκε το Φεβρουάριο του 2007 με τη βοήθεια του Διαστημικού Τηλεσκοπίου Hubble, με διάμετρο που εκτιμάται σε 170 km. Το σύστημα Quaoar-Weywot, περιφέρεται γύρω από τον Ήλιο μας σε μια απόσταση περίπου 44 φορές την απόσταση Ήλιου-Γης και τα ονόματα του δυο αντικειμένων, δόθηκαν από δυο θεότητες – δημιουργός πατέρας και υιός – της φυλής Tongva στην Νότια Καλιφόρνια.

Πρόσφατα, βρέθηκε ότι γύρω από τον Quaoar υπάρχει ένας δακτύλιος πυκνής ύλης, αλλά πριν δούμε τους προβληματισμούς που γεννά η νέα αυτή ανακάλυψη, αξίζει να δούμε πώς γίνεται η μελέτη αυτών των απόμακρων υπερ-ποσειδώνιων αντικειμένων. Πρώτα, πρέπει να γνωρίζουμε ότι ο δακτύλιος ανακαλύφθηκε μέσω μιας σειράς παρατηρήσεων που έλαβαν χώρα μεταξύ του 2018 και 2021. Χρησιμοποιώντας ένα σύνολο επίγειων τηλεσκοπίων και του διαστημικού τηλεσκοπίου Cheops (δείτε παραπάνω την προέλευση της ονομασίας), οι αστρονόμοι παρατήρησαν, καθώς ο Quaoar διασταυρωνόταν περνώντας μπροστά από μια σειρά απομακρυσμένων άστρων, σύντομη παρεμπόδιση του φωτός που ερχόταν από αυτά. Ένα τέτοιο γεγονός είναι γνωστό ως απόκρυψη και εμφανίζεται ως βύθιση του σήματος που μετριέται. Παρατηρώντας πώς το φως από τα άστρα που αποκρύβονται πέφτει (βυθίζεται) παρέχονται πληροφορίες σχετικά με το μέγεθος και το σχήμα των υπό απόκρυψη αντικειμένων και μπορούν να αποκαλύψουν αν το ενδιάμεσο αντικείμενο έχει ατμόσφαιρα ή όχι. Στην περίπτωσή μας, στην περίπτωση του Quaoar, μικρές πτώσεις (βυθίσεις) πριν και μετά από την κύρια απόκρυψη (βύθιση) πρόδωσαν την παρουσία του υλικού σε τροχιά γύρω από τον νάνο πλανήτη.

Ας έλθουμε τώρα στην ιδιαιτερότητα του δακτυλίου του Quaoar. Τι είναι αυτό που (τον κάνει να) προβληματίζει τους αστρονόμους; Τα σώματα με δακτύλιο γύρω τους είναι ιδιαίτερα συναρπαστικά ως θέαμα και ο Κρόνος κρατά τα σκήπτρα στον τομέα αυτό, με το σύνολο της σκόνης και των μικρών δορυφόρων να τον κυκλώνουν στο επίπεδο του ισημερινού του πλανήτη. Παρά του ότι είναι μια εντυπωσιακή εικόνα, η μάζα του συστήματος των δακτυλίων είναι αρκετά μικρή. Αν μετρηθεί θα μπορούσε να αποτελεί μεταξύ του ενός τρίτου και του μισού της μάζας του δορυφόρου του Κρόνου, του Μίμα, ή περίπου το μισό της μάζας του πάγου της Ανταρκτικής. Ο δακτύλιος του Quaoar είναι πολύ μικρότερος από αυτούς του Κρόνου αλλά όχι και λιγότερο προκλητικός. Δεν είναι το μόνο γνωστό σύστημα δακτυλίων που υπάρχει γύρω από έναν νάνο ή ελάσσονα πλανήτη: με τη βοήθεια των γήινων τηλεσκοπίων έχουν εντοπιστεί άλλοι δύο – γύρω από τους Chariklo and Haumea. Αυτό, όμως, που κάνει τον δακτύλιο του Quaoar μοναδικό είναι το πού βρίσκεται αυτός σε σχέση με τον ίδιο τον Quaoar.

Ας το δούμε αυτό λίγο πιο αναλυτικά. Ερώτημα: Τι είναι αυτό που καθιστά σημαντικό το πού βρίσκεται ένα σώμα σε σχέση με ένα κεντρικό σώμα, έναν πλανήτη για παράδειγμα; Κατά τη μελέτη της αλληλεπίδρασης δυο ουρανίων σωμάτων με αρκετά μεγάλη διαφορά μάζας και με τη συμβολή των νόμων Kepler και Newton, αλλά και των παλιρροϊκών δυνάμεων, μπορεί να υπολογιστεί το μέγεθος της απόστασης στην οποία μπορεί να πλησιάσει το σώμα με τη μικρότερη μάζα το οποίο διατηρείται ενιαίο, αποκλειστικά από τη δική του βαρύτητα, χωρίς η βαρύτητα του σώματος με μεγαλύτερη μάζα, να το διαλύσει. Αυτή την απόσταση, αυτό το όριο, το υπολόγισε πρώτος ο μαθηματικός και αστρονόμος Édouard Albert Roche και έτσι, σε αυτό, δόθηκε το όνομά του: όριο Roche (Ρος). Η υπέρβαση του ορίου Roche συνεπάγεται τη διάλυση του (μικρού) ενιαίου σώματος λόγω των παλιρροϊκών δυνάμεων που αναπτύσσονται πάνω του. Οι δακτύλιοι γύρω από κάποιους πλανήτες, όπως ο Κρόνος, κατά πάσα πιθανότητα οφείλονται σε σώματα που παρέμεναν ενιαία λόγω της δικής τους βαρύτητας, αλλά ξεπέρασαν το όριο Roche και διαλύθηκαν. Η μελέτη του Roche, που οδήγησε στη διατύπωση της θεωρίας του και στον υπολογισμό του ομώνυμου ορίου, ήταν πάνω στους δακτυλίους του Κρόνου, ωστόσο αναφέρεται και ένας άλλος λόγος της ύπαρξής τους: και αυτός θα μπορούσε να είναι και ότι η σκόνη που υπήρχε εκεί, από την περίοδο διαμόρφωσης του Ηλιακού Συστήματος, δεν έγινε δυνατό να συμπυκνωθεί λόγω ασθενικών δυνάμεων βαρύτητας.

Ας έλθουμε, τώρα, στον δακτύλιο που παρατηρήθηκε από τους αστρονόμους στον νάνο πλανήτη Quaoar: Αυτό που κεντρίζει το ενδιαφέρον είναι ότι ο δακτύλιος αυτός βρίσκεται πολύ πιο μακριά έξω από το όριο Roche, πράγμα που σημαίνει – σύμφωνα με την γνώση που υπάρχει – ότι θα έπρεπε να έχει καταρρεύσει βαρυτικά μέσα σε μόλις λίγες δεκαετίες και να υπάρχει ως ενιαίο μικρό σώμα-δορυφόρος του πλανήτη και όχι ως δακτύλιος. Τα πρώτα αποτελέσματα υποδηλώνουν πως οι πολύ χαμηλές θερμοκρασίες στον Quaoar (εντοπίστηκε κρυο-ηφαιστειακή δραστηριότητα) ίσως να παίζει ρόλο στο να εμποδίζουν τα μικρά παγωμένα σωματίδια του δακτυλίου από το να κολλήσουν μεταξύ τους και να δημιουργήσουν το ενιαίο (μικρό) σώμα, σίγουρα όμως απαιτούνται περισσότερες παρατηρήσεις για να υποστηριχθεί η όποια υπόθεση.

Ένα ακόμη πρόβλημα είναι έτοιμο να συνεισφέρει στην διεύρυνση της γνώσης της Ανθρωπότητας και σε αυτό έπαιξε σημαντικό ρόλο η αποστολή Cheops. Οι θεωρητικοί έχουν ριχθεί με πάθος στο έργο τους για να αιτιολογήσουν την επιβίωση του δακτυλίου του Quaoar, αλλά και στην μελέτη και άλλων υπερ-ποσειδώνιων αντικειμένων που αποκρύβουν το φως απόμακρων άστρων, όταν περνούν από μπροστά τους, για να εντοπίσουν τα χαρακτηριστικά τους και ίσως να ανακαλύψουν και άλλα σώματα με δακτυλίους ύλης γύρω τους. Και η αποστολή Cheops θα γυρίσει στην βασική του αποστολή που είναι η μελέτη των κοντινών εξωπλανητών.

Πηγή: ESA
Επίσης: «A dense ring around the trans-Neptunian object (50000) Quaoar well outside its Roche Limit» από B.E. Morgado et al., στο Nature.
Για περισσότερη μελέτη: An Introduction to Modern Astrophysics, Second Edition, των Bradley W. Carroll και Dale A. Ostlie.