7 Minutės
Nauji stebėjimai rodo, kad centauras Chiron — mažas, kometai panašus kūnas, skriejantis tarp Jupiterio ir Urano — yra apsuptas sparčiai kintančios žiedų ir atliekų sistemos. Pastarųjų metų žvaigždžių okultacijos duomenys atskleidžia kelis žiedinius elementus ir difuzinį diską, kurie, panašu, formuojasi ir keičiasi žmogaus gyvenimo trukmės mastu. Tai suteikia retą ir vertingą galimybę stebėti, kaip žiedų sistemos susidaro ir evoliucionuoja aplink nedidelius Saulės sistemos kūnus, kaip antai centaurai ir didesni transneptūniniai objektai.
How astronomers caught rings forming in real time
Chiron yra maždaug 210 kilometrų skersmens objektas, kuris tiesiogine prasme užtemdo ribą tarp kometos ir asteroido klasės kūnų. Klasifikuojamas kaip centauras, jis juda elipsine orbita tarp Jupiterio ir Neptūno, o jo trajektoriją dažnai veikia didžiųjų planetų gravitaciniai perturbacijos. Dėl didelio atstumo ir silpno savojo spindesio tiesioginis vaizdavimas duoda ribotą informaciją apie paviršių ar aplinką. Tačiau kai Chiron užstoja tolimesnę žvaigždę — reiškinį, vadinamą okultacija — jos siluetas kartu su supančiomis dalelėmis trumpam įgauna ryškų, galimą analizuoti užuominą.
2023 m. rugsėjo 10 d. stebėtojai iš kelių Pietų Amerikos vietų sutelkė pajėgas siekdami užfiksuoti vieną tokią okultaciją. Iš viso 31 teleskopas užfiksavo žvaigždės šviesos kitimą, kai Chiron ir jo aplinka kerta stebėjimo kryptį. Kartu sujungus visus registruotus signalus paaiškėjo ne tik pagrindinio kūno trumpalaikis šviesos sumažėjimas, bet ir keli trumpesni, paviršutiniški susilpnėjimai, kurie gerai dera su žiedų ir išsisklaidančio medžiagos lauko modeliais.
„Kai Chiron praeidamas užstojo tolimą žvaigždę, jos šviesa sumažėjo ne tik dėl pagrindinio kūno, bet ir dėl kelių jį supančių struktūrų“, — komentarą pateikė astronomas Chrystian Pereira iš Nacionalinio observatorijos Brazilijoje. „Dėl gausių ir skirtingų stebėjimų, kurie apėmė skirtingas trajektorijas (chordas) per objektą, mums pavyko atkurti šią sistemą neįprastai detaliai.“
What the data actually show
Okultacijos signalo analizė rodo bent tris atskirus žiedinius signalus, išsidėsčiusius orbitoje maždaug 273 km, 325 km ir 438 km atstumu nuo Chirono centro. Be to, tyrėjų komanda atkūrė platesnį, disko tipo komponentą, kuris apima maždaug 200–800 km diapazoną, ir aptiko silpną išorinį signalą netoli 1 380 km ribos. Šie aptikimai pateikia kompleksišką vaizdą: kartu su ryškiais, gerai apibrėžtais žiedais matomas ir diffuse, laikinas medžiagos sluoksnis, kuris gali būti tiek naujai išmestas, tiek dar nesubrendęs į stabilias juostas.
Šie rezultatai skiriasi nuo ankstesnių 2018 m. okultacijos duomenų, kuriuos analizavo Amanda Sickafoose iš Planetų mokslo instituto; skirtumai rodo, kad Chiron aplinka kinta per laiką. Pereira ir kolegos teigia, kad kai kurie žiedai yra pakankamai arti Chirono, jog jo gravitacija ir tarpusavio dalelių kolizijos greitai pakeistų arba išsisklaidytų tokius žiedus — tai reiškia, kad minėtos struktūros gali būti palyginti jaunos ir aktyviai evoliucionuojančios.
Vienas iš paprasčiausių, bet pagrįstų paaiškinimų yra tas, kad Chiron patyrė kometos tipo išsiveržimą apie 2021 metus, išspaudęs dulkes ir ledą. Tokios eigos metu išmesta medžiaga turėtų pradėti nusėsti į objekto pusiaujo plokštumą, kur gravitacinės resonansės, diferencialinė orbito kinetika ir dalelių tarpusavio smūgiai palaipsniui formuotų tiek tankesnius žiedus, tiek plonesnį, laikiną diską. Tokia interpretacija dera su poslinkiais, pastebimais tarp skirtingų okultacijos epochų.
Why this matters for planetary science
Žiedų sistemos aplink mažus kūnus yra reti, tačiau pastaraisiais metais jos tampa labiau atpažįstamos. Tokie objektai kaip Chariklo, Haumea ir Quaoar taip pat turi žiedus, nors nė viena Saulės sistemos palydovų grupė nepasižymi panašiomis atliekų juostomis. Dėl to Chiron gali tapti laboratorija, leidžiančia tyrinėti žiedų formavimosi pradžią ir procesus, kuriais laikinai išmestas materialas virsta „koherentiškomis“ juostomis.
Supratimas, kaip susidaro žiedai aplink mažus objektus, turi platesnių pasekmių. Tie patys fizikos principai — tarpusavio kolizinis slopinimas (collisional damping), resonansinis formavimasis (resonant sculpting) ir pusiausvyra tarp išsisklaidymo bei savigravitacijos (self‑gravity) — galioja ir protoplanetiniams diskams bei didžiųjų planetų žiedams. Stebėjimai įvairių dydžių ir konfigūracijų žiedų sistemų leidžia tikslinti dinaminius modelius ir geriau suprasti, kaip medžiaga migruoja, agreguojasi ir subyra mažos gravitacijos režimuose.
Išnagrinėjus Chirono atvejį galima patikrinti kelias teorines prielaidas: kiek laiko žiedai išlieka stabilūs aplink mažą kūną, kokios dalelių dydžių pasiskirstymo funkcijos ir optinės storio (opacity) reikalingos, kad būtų palaikoma pastebėta fotometrinė data, bei kaip dažni ir smarkūs turi būti vienkartiniai išsiveržimai, kad palaikytų stebimą medžiagos kiekį. Tokios detalės yra svarbios ne tik centaurams: jos suteikia mastelio ir laiko etalonus modeliams, skirtoms planetų sistemos formavimuisi ir evoliucijai aiškinti.
Kiti smulkūs kūnai su žiedais: (iš kairės) Quaoar, Haumea ir Chariklo. Įdomu, kad nė vienas Saulės sistemos palydovas neturi panašių žiedų. (Nacionalinė observatorija)
Observing methods and the power of occultations
Okultacijos išlieka viena efektyviausių metodikų aptikti silpną medžiagą aplink atokus kūnus. Net labai trumpa, kelių sekundžių okultacija gali suteikti aukštos erdvinės rezoliucijos apribojimus žiedų spinduliui, pločiui ir optiniam tankiui, ypač kai skirtingų stebėjimo vietų instrumentai kerta skirtingas trajektorijas per tikslą. Tokios kampanijos reikalauja tarptautinio koordinavimo, tikslaus prognozavimo ir greitos reagavimo galimybės — visų šių elementų kombinacija leido 2023 m. rugsėjo 10 d. užfiksuoti tikslų ir informatyvų Chirono okultacijos rinkinį.
Technologiškai, sėkmingai okultacijai būtinas aukštos laiko rezoliucijos fotometrinis stebėjimas: monitorinimas su laiko žingsniu nuo milisekundžių iki kelių dešimtųjų sekundžių, priklausomai nuo žiedo pločio ir orbitinio greičio. Be to, plataus lauko ir aukšto jautrumo kamerų panaudojimas leidžia įtraukti į stebėjimą daugiau palydovinių žvaigždžių kontrolės tikslais ir mažinti atmosferinio triukšmo įtaką. Kombinuotos stebėjimų kampanijos, apimančios ir termines infraraudonąsias priemones, spektroskopiją bei didelės erdvinės raiškos vaizdavimą su naujos kartos teleskopais, gali atskleisti išmestos medžiagos cheminę sudėtį ir termofizinius parametrus.
Pavyzdžiui, terminė infraraudonoji stebėsena leidžia įvertinti dalelių dydį ir terminį emisinį koeficientą, spektrinė informacija gali atskirti ledo ir organinės kilmės dulkes, o tiesioginis rezoliucinis vaizdavimas (su didžiaisiais observatoriais arba adaptuojamąja optika) gali patvirtinti ir vizualiai atvaizduoti platesnio masto diskinius komponentus. Ilgalaikis fotometrinis monitorinimas per mėnesius ir metus padeda identifikuoti šviežius išsiveržimus bei masės netekimo epizodus, kurie papildomai maitina žiedų sistemą.
Expert Insight
„Chiron suteikia retą galimybę tiesiogiai stebėti mažo kūno žiedų gimimą realiu laiku“, — sako dr. Elena Morales, planetinių žiedų specializaciją turinti astrofizikė. „Įprastai mes interpretaciją gauname iš statinių momentinių nuotraukų; čia turime galimybę stebėti procesus, kurie gali kartotis visoje Saulės sistemoje. Nuolatinės okultacijų kampanijos kartu su infraraudonąja ir aukštos raiškos vaizdavimo patikra parodys, ar šie žiedai yra trumpalaikiai efemeriniai dariniai, ar pradžia ilgalaikei struktūrai.“
Stebėtojams tęsiant darbo eigą, kiekviena nauja okultacija gali atskleisti pokyčius, vykstančius per laikotarpius, prasidedančius nuo metų ir trunkančius dešimtmečius. Toks kintamumas daro Chiron patraukliu tikslu ne tik katalogizuojant dar vieną keistenybę tolimajame Saulės sistemos regione, bet ir testuojant fizinius mechanizmus, kurie valdo žiedų formavimąsi, evoliuciją ir galutinį išnykimą.
Išsamus Chirono atvejis leidžia sujungti stebėjimų duomenis su skaitmeninių dinaminių modelių rezultatais, aptariant klausimus, tokius kaip dalelių dydžių pasiskirstymo įtaka žiedų optiniam tankiui, kolizijų dažnio įtaka vertikaliai išbarstytam disko storio profilį lemiančiam mechanizmui, bei resonansiniai poveikiai, kuriuos gali sukelti galimi palydovai ar net netiesioginiai poveikiai iškartine gravitacine sąveika su didžiosiomis planetomis. Tokie veiksniai turi reikšmės interpretuojant bet kurio mažo kūno aplinkos evoliuciją.
Galiausiai, Chiron stebėjimai stiprina platesnį mokslinį pasakojimą apie mažų kūnų dinamines ekosistemas: kaip vienkartiniai įvykiai (pvz., aktyvūs išsiveržimai) gali sukelti ilgalaikes struktūras, kaip kolizijų grandinės gali tiek formuoti, tiek naikinti žiedus, ir kaip maža savigravitacija leidžia veikti specifiniams agregacijos procesams, kurių mes nerandame didesnių planetų ar palydovų kontekste.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą