Teleskop Cheops objevil prstenec u trpasličí planety

Evropský teleskop Cheops si zrovna dával pauzu od pozorování exoplanet a přitom se díval směrem k trpasličí planetě v naší Sluneční soustavě. Během této přestávky se mu však nečekaně podařilo podílet se na objevu hustého prstence materiálu kolem trpasličí planety Quaoar. Přítomnost prstence, který se nachází zhruba sedm a půl průměru Quaoaru od samotné trpasličí planety, staví před astronomy záhadu, kterou je potřeba vyřešit – jak je možné, že se tento materiál nespojil do podoby malého měsíce?

Prstenec se podařilo objevit během série pozorování, která proběhla mezi roky 2018 a 2021. Spojením sil pozemských observatoří a kosmického teleskopu Cheops mohli astronomové pozorovat, jak Quaoar z pohledu teleskopu přechází před dalekými hvězdami a nakrátko zastíní jejich svit. Takový jev se označuje jako zákryt a pozorování změn světla zastíněné hvězdy poskytuje cenné informace o objektu, který ji zastínil – ať už jde o jeho velikost, tvar, nebo zhodnocení, zda má tento objekt atmosféru, či nikoliv. V tomto případě došlo k drobným zákrytům před hlavním zákrytem i po něm, což prozradilo přítomnost materiálu na dráze kolem Quaoaru.

Quaoar je jedním z mnoha malých, vzdálených těles, které se označují jako transneptunické objekty. V současné době jich známe přibližně 3000 a jak již jejich název naznačuje, nachází se ve vnějších končinách Sluneční soustavy za oběžnou dráhou planety Neptun. Největšími známými transneptunickými objekty jsou Pluto a Eris. Quaoar s odhadovaným průměrem 555 kilometrů okupuje v pořadí velikosti těchto těles sedmou příčku a na jeho cestě jej doprovází přibližně osmdesátikilometrový měsíček Weywot.

Výzkum těchto trpasličích planet je složitý kvůli jejich malým rozměrům a extrémní vzdálenosti. Quaoar obíhá Slunce téměř 44× dál než naše planeta, takže zákrytová metoda je mimořádně užitečná. Až donedávna však bylo složité předvídat, kdy a kde k zákrytům dojde. K tomu, aby zákryt proběhl, musí dojít k extrémně přesnému prostorovému zarovnání všech tří klíčových prvků – zakrývanou hvězdou, zakrývajícím objektem a teleskopem. V minulosti bylo často nemožné splnit mimořádné nároky na přesnost k provedení pozorování. Za tímto účelem vytvořil Bruno Sicardy z vyhlášené Sorbonny a pařížské observatoře projekt Lucky Star. V jeho rámci dochází k predikcím nadcházejících zákrytů transneptunickými objekty a také ke koordinaci pozorování těchto jevů, do kterého se mohou zapojit nejen profesionálové, ale i amatéři po celém světě.

Nedávno se počet pozorovaných zákrytů hvězd zvýšil. Z velké části je to i díky využití dat z evropské mise Gaia. Tento teleskop totiž v průběhu let určil s mimořádnou přesností pozice velkého množství hvězd, takže se výpočty pro projekt Lucky Star významně zpřesnily. Jedním z lidí zapojených do projektu Lucky Start je Isabella Pagano z Astrofyzikální observatoře v italském městě Catania, která je také členkou týmu kolem teleskopu Cheops. Isabellu kontaktovala Kate Isaak, vědkyně zapojená do projektu Cheops, kterou zajímalo, zda by kosmický teleskop také dokázal zachytit zákryt.

„Byla jsem trochu skeptická ohledně možnosti, že by to šlo dělat s Cheops,“ přiznává Isabella a dodává: „Ale zkusili jsme prověřit realizovatelnost.“ Hlavní problém spočíval v tom, že oběžná dráha družice může být lehce ovlivněna slabým odporem okolního prostředí v horních vrstvách atmosféry. To je způsobeno nepředvídatelnou sluneční aktivitou, která může zasáhnout naši planetu a doslova nafouknout její atmosféru. První pokus týmu o pozorování zákrytu Cheopsem, při kterém se využilo Pluto, nebyla předpověď dostatečně přesná a žádný zákryt nebyl pozorován. Při druhém pokusu už to ale bylo lepší – tehdy se jako stínící objekt využil výše zmíněný Quaoar. Týmu se tak podařila první detekce hvězdného zákrytu transneptunickým objektem pořízená v kosmickém prostoru.

„Data z teleskopu Cheops vynikají svým poměrem signálu vůči šumu,“ chválí Isabella. Tento parametr říká, jak silný je detekovaný signál oproti náhodnému šumu v systému. Cheops se může vysokým poměrem signálu vůči šumu pochlubit, jelikož se nedívá skrz zkreslující účinky nízkých vrstev pozemské atmosféry. Právě tato čistota dat byla rozhodující pro rozeznání prstencového systému u Quaoaru, protože vědci mohli eliminovat možnost, že by poklesy jasu mohly být způsobeny falešnými jevy v zemské atmosféře. Kombinací několika sekundárních detekcí pořízených teleskopy na Zemi bylo možné s jistotou určit, že za poklesem jasu opravdu stojí prstencový systém kolem Quaoaru.

Bruno Morgado z Universidade Federal do Rio de Janeiro v Brazílii vedl celou analýzu. Spojil data z teleskopu Cheops s měřeními velkých profesionálních observatoří po celém světě, ale i od amatérských astronomů, kteří také v minulých letech pozorovali zákryty různých hvězd Quaoarem. „Když jsme všechno složili dohromady, viděli jsme poklesy jasu, které nezpůsobil Quaoar. Ukázalo to na přítomnost materiálu, který kolem něj obíhá. Ve chvíli, kdy jsme to viděli, jsme si řekli – OK, vidíme prstenec kolem Quaoaru.“

Pokud jde o prstencové systémy, je jednoznačným králem planeta Saturn. Tato planeta se pyšní souborem prachu a malých měsíčků, které obíhají kolem rovníku planety. Ačkoliv jde o působivou podívanou, hmotnost prstencové soustavy je poměrně malá. Kdyby se shromáždila na jedno místě, vytvořila by jen asi třetinu až polovinu hmotnosti Saturnova měsíce Mimas, případně zhruba polovinu hmotnosti antarktického ledovce na Zemi. Prstenec kolem Quaoaru je mnohem menší než ten u Saturnu, ale rozhodně není méně zajímavý. Nejedná se o jediný známý prstencový systém u trpasličí planety či planetky – známe ještě prstence kolem objektů Chariklo a Haumea. To, co dělá prstenec Quaoaru jedinečným je to, kde se vůči Quaoru nachází.

Jakékoliv kosmické těleso s dostatečným gravitačním polem bude mít svůj limit, za kterým bude přibližující se kosmické těleso roztrháno na kusy. Této hranici říkáme Rocheova mez. Existence hustých prstencových systémů se očekává uvnitř Rocheovy meze, což platí u zmíněného Saturnu, Chariklo i Haumey. „Na tomto objevu je zvláštní, že prstenec materiálu obíhá Quaoar daleko mimo Rocheovu mez,“ popisuje Giovanni Bruno z Astrofyzikální observatoře v Catanii. Je to skutečná záhada, protože podle běžných předpokladů by se hmota z prstenců mimo Rocheovu mez měla během pár desetiletí zformovat do podoby malého měsíčku. „Výsledkem našich pozorování je, že musí dojít k podrobné revizi klasického pojetí, podle kterého mohou husté prstence existovat pouze uvnitř Rocheovy meze,“vysvětluje Bruno.

Prvotní výsledky naznačují, že by mrazivé teploty u Quaoaru mohly hrát roli tím, že zabrání ledovým částicím, aby k sobě přilnuly, ale zapotřebí bude další výzkum. „Pozorování teleskopu Cheops hrálo při objevu přítomnosti prstenců kolem Quaoaru klíčovou roli – mohli jsme aplikovat vysokou přesnost fotometrie s vysokou kadencí, která přesahuje typický výzkum exoplanet této mise,“ uvedla Isaak. Zatímco si teoretičtí astronomové lámou hlavu nad tím, jak je možné, že prstence Quaoaru stále existují, projekt Lucky Star bude i nadále pokračovat v pozorování zákrytů vyvolaných jím i jinými transneptunickými objekty. Jejich zákryty vzdálených hvězd totiž pomáhají měřit jejich rozměrové charakteristiky a kdo ví, třeba zjistíme, že prstence mají i další z nich. A Cheops? Ten se vrátil zpět ke své původní misi, při které studuje blízké exoplanety.

Přeloženo z:
https://www.esa.int/

Zdroje obrázků:
http://sci.esa.int/science-e-media/img/88/CHEOPS_20180820_05_2k.jpg
https://www.esa.int/…/Artist_impression_of_Quaoar_and_its_ring.jpg
https://www.esa.int/…/Artist_s_impression_of_Cheops.jpg
http://sci.esa.int/science-e-media/img/15/ESA_CHEOPS_Satellite_Mounted.jpg
http://www.astronoo.com/images/lunes/limite-de-roche.jpg