В нашей Солнечной системе обнаружен теоретически «невозможный» новый тип планетарных колец

Планетарные кольца наблюдаются вокруг планет-гигантов и малых тел, таких как кентавр Харикло и карликовая планета Хаумеа. До сих пор все известные плотные кольца располагались достаточно близко к своему родительскому телу, что не позволяло материалу объединиться в спутник. Недавно астрономы заметили за Нептуном ледяную карликовую планету под названием Квавар, кольцо которой лежит гораздо дальше от ее тела, чем предсказывает теория пределов Роша, что привело ученых в недоумение.

Кольцевые системы относительно редки в Солнечной системе. Помимо хорошо известных колец вокруг планет-гигантов Сатурна, Юпитера, Урана и Нептуна, кольца есть еще только у двух малых планет — Харикло и Хаумеа. Все известные кольцевые системы способны сохраняться, потому что они вращаются по орбите близко к родительскому телу, так что приливные силы не позволяют материалу кольца аккрецировать и образовывать естественные спутники.

Любой небесный объект с достаточным гравитационным полем имеет предел, в пределах которого приближающийся небесный объект «разрывается на части». Это называется пределом Роше. Плотные кольцевые системы должны существовать в пределах предела Рош, что и наблюдается у Сатурна, Харикло и Хаумеа.

Недавно, во время перерыва в наблюдениях за планетами вокруг других звезд, миссия ESA ExOPlanet Satellite (Cheops) наблюдала карликовую планету в нашей Солнечной системе, Квавар, демонстрирующую плотное кольцо материала вокруг нее. В сочетании с наблюдениями, сделанными международной группой исследователей с помощью HiPERCAM — чрезвычайно чувствительной камеры, установленной на крупнейшем в мире оптическом телескопе в Ла-Пальме — широко признано, что кольца Квавара не должно существовать. В самом деле, последнее будет лежать за теоретическим пределом, при котором кольца считаются стабильными, что бросает вызов современным теориям о том, как формируются кольцевые системы. Открытие опубликовано в журнале Nature.

Квавар является частью набора небольших далеких миров, известных как транснептуновые объекты (ТНО). Он примерно вдвое меньше Плутона и вращается вокруг Солнца за Нептуном. Но изучение этих карликовых планет затруднено из-за их небольшого размера и огромных расстояний. Квавар, например, почти в 44 раза превышает расстояние от Солнца до Земли.

Поэтому ученые используют особенно ценный инструмент — оптические затмения, когда свет звезды заслоняется прохождением небесного объекта. Полученные данные позволяют определить, есть ли у рассматриваемого объекта, например, атмосфера.

Кольцо было обнаружено благодаря серии наблюдений, которые проводились в период с 2018 по 2021 год. Используя коллекцию наземных телескопов, включая 10,4-метровый Gran Telescopio Canarias (GTC) на Ла-Пальме и космический телескоп Хеопса, астрономы наблюдали, как Квавар проходил перед чередой далеких звезд, ненадолго блокируя их свет, когда они проходили мимо.

Эти события длились менее минуты, но им неожиданно предшествовали и за ними последовали два падения света, что указывает на наличие кольцевой системы вокруг Квавара.

Бруно Моргадо из Федерального университета Рио-де-Жанейро (Бразилия) возглавил анализ и объединил данные Хеопса с данными крупных обсерваторий по всему миру и гражданских ученых-любителей, все из которых наблюдали различные звезды, заслоненные Кваваром в последние годы.

Тем не менее, четкость данных Хеопса оказалась решающей в распознавании кольцевой системы Квавара, поскольку позволила исследователям исключить возможность того, что провалы света были вызваны паразитным эффектом в атмосфере Земли.

Б. Моргадо говорит в заявлении ЕКА: «Когда мы собрали все вместе, мы увидели провалы в яркости, которые не были вызваны Кваваром, но которые указывали на присутствие материи на круговой орбите вокруг него«.

Кольцо, которое бросает вызов существующим теориям

Примечательность кольцевой системы вокруг Квавара заключается в том, что она находится на расстоянии более семи планетарных радиусов — в два раза больше, чем ранее считалось максимальным радиусом согласно «пределу Роша».

Согласно общепринятому мнению, любой небесный объект с ощутимым гравитационным полем имеет предел, в пределах которого приближающийся небесный объект разрывается на части, как упоминалось выше. Более того, кольца за пределом Рош сольются в небольшой спутник, если вообще сольются, в течение нескольких десятилетий. Плотные кольцевые системы должны существовать внутри границы Рош. Для сравнения, основные кольца вокруг Сатурна лежат в пределах трех планетарных радиусов. Поэтому это открытие заставило пересмотреть теории образования колец.

Джованни Бруно из астрофизической обсерватории INAF в Катании, Италия, объясняет: «Так что самое интригующее в этом открытии вокруг Квавара то, что кольцо материала находится гораздо дальше, чем позволяет предел Рош«. Он также добавил: «В результате наших наблюдений классическое представление о том, что плотные кольца существуют только внутри границы Роша планетарного тела, необходимо полностью пересмотреть«.

Профессор Вик Дхиллон, соавтор исследования с кафедры физики и астрономии Шеффилдского университета, и его команда в своем заявлении объясняют, что кольцо Квавара сформировалось так же, как и другие кольца в Солнечной системе: столкновения спутников, вращающихся вокруг родительской планеты, привели к образованию обломков, которые осели в кольцо из частиц камня, льда и пыли.

Ранние результаты показывают, что низкие температуры Квавара могут играть роль в предотвращении слипания частиц льда. Действительно, это ледяное внешнее покрытие порождает упругие столкновения. Это столкновения, при которых два объекта отскакивают друг от друга, а не слипаются, как резиновый мяч, ударяющийся о землю. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы установить механизм образования этой кольцевой системы и ее устойчивость.