Egy különösen nagy átmérőjű gyűrűt találtak a külső Naprendszerben keringő Quaoar törpebolygó körül.

Művészi illusztráció a Quaoar törpebolygó gyűrűjéről. (A megfigyelésekből csak a gyűrű bizonyos részeit ismerjük, és ezeknek a szélessége eltérő, mintha gubancos fonalat látnánk.) A Quaoar holdja, a Weywot tőle balra, a Nap pedig tőle jobbra látható. (Forrás: ESA, CC BY-SA 3.0 IGO)

Úgy tűnik, hogy a távoli (50000) Quaoar törpebolygónak van egy gyűrűje, messze attól a helytől, ahol stabilnak kellene lennie. „Nem ott van, ahol kéne.” – mondja Bruno Morgado (Federal University of Rio de Janeiro, Brazília), az 59 fős kutatócsoport által a Nature szaklapban közzétett cikk vezető szerzője.

Edouard Roche francia csillagász 1848-ban alkotta meg a később róla elnevezett Roche-határ fogalmát, amikor kiszámította, hogy melyik az a kritikus távolság, ahol egy bolygó árapály-ereje meghaladja a holdját összetartó gravitációs erőt. Ezen a sávon belül a bolygó erősebb gravitációja felülkerekedik a hold gravitációján, és az árapály-erők végül darabokra szaggatják a holdat. Csak ezen a sávon kívül képes a kisebb égitesteket, a port és a törmeléket a saját gravitációjuk holddá formálni. A gyűrű felfedezésével talán újra kell gondolnunk a Roche-határt.

Bár a határ afféle közelítés csak, ökölszabályként elég jó szolgálatot tesz a Naprendszer égitesteinek esetében. A Szaturnusz fő gyűrűi, ahogy más óriásbolygók gyűrűi is, mind a bolygók Roche-határán belül helyezkednek el. Ugyanez a helyzet a (136108) Haumea törpebolygónál is. A legkisebb égitest, amelyről tudjuk, hogy gyűrűkkel rendelkezik, a (10199) Chariklo, és ennek a gyűrűi is a Roche-határon belül vannak.

A Szaturnusz hét fő gyűrűje a felfedezés sorrendjében kapta a jelölését. A bolygótól kifelé D, C, B, A, F, G és E. A Roche-határ nagyjából az F jelű gyűrűnél húzódik. A diffúz E-gyűrűn kívül az összes gyűrű a Roche-határon belül helyezkedik el. A holdak többsége a határon kívül van, néhány közelebbi, kisebb hold az F-gyűrűben alakulhatott ki. (Forrás: NASA/JPL)

1110 kilométeres átmérőjével a Quaoar az egyik legnagyobb ismert égitest a külső Naprendszerben. Egyetlen holdja, a Weywot körülbelül 160 kilométeres. 2007-ben fedezték fel a Hubble felvételein. Annak a jelét, hogy anyag van a Quaoar körül, csak 2018-ban találták meg, és még akkor sem volt elég erős a bizonyíték ahhoz, hogy gyűrűnek nevezzék, mondja Morgado. Ő 2020-ban kezdte az Európai Űrügynökség Cheops űrtávcsövével vizsgálni a Quaoart. Ezt az űrtávcsövet eredetileg exobolygók felkutatására tervezték. Ahelyett azonban, hogy exobolygók tranzitjait kereste volna, Morgado arra használta a Cheops-ot, hogy csillagfedéseket találjon. Azt vizsgálta, amikor a Quaoar elhaladt a távoli csillagok előtt, és időszakosan kitakarta a fényüket.

Morgado kiterjesztette a kutatást, és más csillagászok segítségével további távcsövekkel is vizsgálta a Quaoar csillagfedéseit. A kutatók először előre jeleztek néhány csillagfedést, és megfigyelték őket. Miután ezek a megfigyelések egy gyűrű jelenlétére utaltak, átnézték a korábbi csillagfedési adatokat is. „A gyűrű kilenc különböző részét láttuk a 2018 és 2021 közötti megfigyelésekben.” – magyarázza Morgado.

A kutatók a Nature című szaklapban számoltak be arról, hogy a Quaoar középpontjától 4100 kilométerre egy gyűrű található, az 1780 kilométeres Roche-határtól jóval távolabb. Morgado szerint a gyűrű sűrű és szabálytalan. „Van egy nagyon keskeny, 5 kilométeres része, és egy szélesebb, nagyjából 300 kilométeres része is. Az észlelt szélesség attól függ, hogy melyik részét vizsgáljuk.” – jegyzi meg. Ha az összes anyagot összegyűjtenénk egy holdba, az nagyjából 10 kilométer átmérőjű lenne, alig a Weywot egytizede.

Másutt a Naprendszerben ismerünk néhány keskeny, könnyű gyűrűt a Roche-határon túl, például a Szaturnusz F gyűrűjén túli vékony gyűrűket, de ilyen nagy tömegűt sehol sem láttunk még. „Nagyon meglepődtünk, hogy létezhet ilyen gyűrű is.” – mondja Morgado. Ekkora távolságban nem lehet stabil egy gyűrű: vagy össze kell omlania, vagy idővel szét kell oszlania.

Lehetséges ugyan, hogy a gyűrű a rendszerben történt közelmúltbeli ütközés során alakult ki, de ez valószínűtlennek tűnik, mert egy ilyen gyűrűnek csak néhány évtizedig kellene léteznie. Morgado és munkatársai más hipotéziseket is felállítottak, amelyek a Quaoar és a Weywot keringési rezonanciáján vagy a gyűrű szemcséinek szokatlan kölcsönhatásain alapultak. Végül arra a következtetésre jutottak, hogy ideje újragondolni a klasszikus Roche-határt.

„Érdekes gondolat, hogy esetleg egy kis égitest körül is lehet gyűrű a Naprendszerben.” – mondja Amanda Sickafoose (Planetary Science Institute), bár hozzáteszi, hogy a kutatók nem mutattak be teljes gyűrűrendszert. Az ilyen kis égitestek mérete és dinamikája „nagyon eltérnek az óriásbolygókétól” – teszi hozzá, „ez mégis megkérdőjelezi a gyűrűrendszerek kialakulásával és fejlődésével kapcsolatos elméleteinket.”

Forrás: Sky&Telescope