Астрономы с помощью JWST изучили малую планету Харикло и ее кольца
Малая планета Харикло (10199 Chariklo) диаметром около 250 километров является самым маленьким небесным объектом с подтвержденными кольцами и пятым таким небесным объектом, обнаруженным в Солнечной системе после газовых и ледяных гигантов. При этом Харикло является крупнейшим подтвержденным представителем класса малых тел, известных как кентавры, которые вращаются вокруг Солнца между Сатурном и Ураном.
Орбитальная система Харикло представляет собой яркую кольцевую систему, состоящую из двух узких и плотных полос шириной 6–7 км и 2–4 км соответственно, разделенных промежутком в 9 километров. Кольца вращаются на расстоянии около 400 километров от центра Харикло, что составляет тысячную часть расстояния между Землей и Луной.
Открытие колец было сделано группой астрономов с помощью десяти телескопов в различных местах Южной Америке во время наблюдения звездного покрытия 3 июня 2013 г.
Астрономы наблюдали за звездой, когда Харикло прошел перед ней, блокируя звездный свет, как они и предсказывали. К их удивлению, звезда дважды моргнула и снова зажглась, прежде чем исчезнуть за Харикло, и снова дважды моргнула после того, как снова появилась.
Существование системы колец вокруг малой планеты было неожиданным, поскольку считалось, что кольца могут быть стабильными только вокруг гораздо более массивных тел. Системы колец вокруг малых тел ранее не обнаруживались, несмотря на их поиск с помощью методов прямой визуализации и звездного затмения.
Кольца Харикло должны были рассеяться за период не более нескольких миллионов лет, так что либо они очень молоды, либо активно удерживаются «лунами-пастухами» с массой, сравнимой с массой колец. Ученые назвали кольца Oiapoque (внутреннее, более существенное кольцо) и Chuí (внешнее кольцо) по названию двух рек, образующих северную и южную прибрежные границы Бразилии.
18 октября 2022 года астрономы использовали камеру ближнего инфракрасного диапазона Уэбба (NIRCam), чтобы внимательно следить за звездой Gaia DR3 6873519665992128512 и наблюдать за характерными провалами яркости, указывающими на то, что произошло затмение.
Тени, создаваемые кольцами Харикло, были четко обнаружены, демонстрируя новый способ использования Уэбба для исследования объектов солнечной системы. Звездная тень, вызванная самим Харикло, прослеживалась как раз вне поля зрения Уэбба. Этот аппульс (техническое название близкого прохода без перекрытия) был в точности таким, как было предсказано после последнего маневра по изменению траектории курса Уэбба.
Вверху: рисунок, показывающий изменение положения фоновой звезды относительно кентавра Харикло с двумя кольцами во время покрытия. Затмение происходит, когда фоновый объект временно блокируется объектом переднего плана. Во время этого затмения звезда прошла за кольцами Харикло, но не за его основным телом.
Внизу: график, показывающий изменение видимого блеска звезды во время затмения. Этот тип графика известен как кривая блеска. На графике показаны резкие провалы видимой яркости звезды с течением времени, когда перед ней 18 октября 2022 года проходили кольца Харикло (крупнейшего из известных Кентавров). Каждому провалу на графике соответствуют тени двух колец вокруг Харикло. © NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI)
Кривая затенения Уэбба, график яркости объекта с течением времени, показала, что наблюдения были успешными, кольца были захвачены точно так, как было предсказано. Кривые затенения света дадут интересную новую информацию о кольцах Харикло.
«По мере того, как мы углубляемся в данные, мы выясняем, правильно ли мы видим два кольца. По формам кривых покрытия колец мы также изучаем толщину колец, размеры и цвета колец, кольцевые частицы и многое другое. Мы надеемся понять, почему это маленькое тело вообще имеет кольца, и, возможно, обнаружить новые более слабые кольца».
Кольца, вероятно, состоят из мелких частиц водяного льда, смешанного с темным веществом, обломков ледяного тела, столкнувшегося с Харикло в прошлом. Харикло слишком мал и слишком далек, чтобы даже Уэбб мог напрямую изобразить кольца, отделенные от основного тела, поэтому покрытия — единственный инструмент, позволяющий охарактеризовать кольца сами по себе.
Спектр отражения показывает изменения яркости различных длин волн (цветов) отраженного солнечного света. Провалы в спектре связаны с наличием водяного льда, который поглощает эти длины волн, уменьшая количество света, отражаемого обратно в телескоп. Фоновое изображение Харикло и его колец основано на современном понимании планеты. Уэбб не сделал прямого изображения Харикло и его колец. © NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI)
Вскоре после покрытия Уэбб снова нацелился на Харикло, на этот раз, чтобы собрать наблюдения за солнечным светом, отраженным Харикло и его кольцами (Программа GTO 1272). В спектре системы видны три полосы поглощения водяного льда в системе Харикло.
«Спектры наземных телескопов намекали на этот лед, но исключительное качество спектра Уэбба впервые выявило четкие признаки кристаллического льда», — говорят астрономы.
Дин Хайнс, главный исследователь программы GTO, добавляет: «Поскольку высокоэнергетические частицы превращают лед из кристаллического в аморфное состояние, обнаружение кристаллического льда указывает на то, что система Харикло испытывает непрерывные микростолкновения, которые либо обнажают нетронутый материал, либо запускают процессы кристаллизации».
Успешные наблюдения Харикло открывают дверь к новым средствам описания малых объектов в Солнечной системе в ближайшие годы. Благодаря высокой чувствительности Уэбба и инфракрасным возможностям, ученые могут использовать уникальную научную отдачу, обеспечиваемую покрытиями, и улучшать измерения с помощью почти одновременных спектров. Такие инструменты будут огромным подспорьем для ученых, изучающих отдаленные малые тела в Солнечной системе.