Ringe von Chariklo - Rings of Chariklo
Der Kleinplanet und Zentaur 10199 Chariklo ist mit einem Durchmesser von etwa 250 Kilometern (160 Meilen) das kleinste Himmelsobjekt mit bestätigten Ringen und das fünfte beringte Himmelsobjekt, das im Sonnensystem entdeckt wurde , nach den Gasriesen und Eisriesen . Das Orbiting Chariklo ist ein helles Ringsystem, das aus zwei schmalen und dichten Bändern besteht, 6–7 km (4 mi) und 2–4 km (2 mi) breit, getrennt durch eine Lücke von 9 km (6 mi). Die Ringe kreisen in einer Entfernung von etwa 400 Kilometern (250 Meilen) vom Zentrum von Chariklo, einem Tausendstel der Entfernung zwischen Erde und Mond. Die Entdeckung wurde von einem Team von Astronomen mit zehn Teleskopen an verschiedenen Standorten in Argentinien, Brasilien, Chile und Uruguay in Südamerika während der Beobachtung einer Sternbedeckung am 3. Juni 2013 gemacht und am 26. März 2014 bekannt gegeben.
Die Existenz eines Ringsystems um einen Kleinplaneten war unerwartet, da man dachte, dass Ringe nur um viel massereichere Körper stabil sein könnten. Ringsysteme um kleinere Körper waren zuvor trotz der Suche nach ihnen durch direkte Bildgebung und Sternbedeckungstechniken nicht entdeckt worden. Chariklos Ringe sollten sich über einen Zeitraum von höchstens einigen Millionen Jahren ausbreiten, sind also entweder sehr jung, oder sie werden von Hirtenmonden mit einer den Ringen vergleichbaren Masse aktiv umschlossen. Das Team gab den Ringen Oiapoque (der innere, größere Ring) und Chuí (der äußere Ring) den Spitznamen , nach den beiden Flüssen, die die nördlichen und südlichen Küstengrenzen Brasiliens bilden. Ein Antrag auf formelle Namen wird zu einem späteren Zeitpunkt bei der IAU eingereicht .
Im Januar 2015 wurde vorgeschlagen, dass 2060 Chiron ein ähnliches Ringpaar hat.
Entdeckung und Beobachtungen
Chariklo ist das größte bestätigte Mitglied einer Klasse kleiner Körper, die als Zentauren bekannt sind und die die Sonne zwischen Saturn und Uranus im äußeren Sonnensystem umkreisen . Prognosen, die gezeigt hatte, wie aus Südamerika gesehen, wäre es vor dem 12.4-Helligkeits - Sterne passieren UCAC4 248-108672, in der Konstellation befindet sich Scorpius am 3. Juni 2013.
Mithilfe von dreizehn Teleskopen in Argentinien, Brasilien, Chile und Uruguay konnte ein Astronomenteam unter der Leitung von Felipe Braga Ribas ( zit. ), einem Postdoktoranden des National Observatory (ON), in Rio de Janeiro, und 65 andere Forscher aus 34 Institutionen in 12 Ländern, konnten diese beobachten occultation Ereignis, ein Phänomen , bei dem ein Stern hinter seinem occulting Körper verschwindet. Das 1,54 Meter große Danish National Telescope am La Silla Observatory war aufgrund der viel schnelleren Datenerfassungsrate seiner „ Lucky Imager “-Kamera (10 Hz) das einzige Teleskop, das die einzelnen Ringe auflösen konnte.
Während dieses Ereignisses wurde vorhergesagt, dass die beobachtete Helligkeit für höchstens 19,2 Sekunden von 14,7 (Stern + Chariklo) auf 18,5 (Chariklo allein) absinkt. Dieser Anstieg um 3,8 Magnituden entspricht einer Helligkeitsabnahme um den Faktor 32,5. Das primäre Bedeckungsereignis wurde von vier weiteren kleinen Abnahmen der Gesamtintensität der Lichtkurve begleitet , die sieben Sekunden vor Beginn der Bedeckung und sieben Sekunden nach Ende der Bedeckung beobachtet wurden. Diese sekundären Bedeckungen deuteten darauf hin, dass etwas das Licht des Hintergrundsterns teilweise blockierte. Die Symmetrie der sekundären Bedeckungen und die mehrfache Beobachtung des Ereignisses an verschiedenen Orten halfen dabei, nicht nur die Form und Größe des Objekts, sondern auch die Dicke, Ausrichtung und Lage der Ringebenen zu rekonstruieren. Die relativ konsistenten Ringeigenschaften, die aus mehreren sekundären Bedeckungsbeobachtungen abgeleitet wurden, widerlegen alternative Erklärungen für diese Merkmale, wie zum Beispiel die kometenartige Ausgasung.
Zu den Teleskopen, die die Bedeckung beobachteten, gehörten das Danish National Telescope und das Durchmusterungsteleskop TRAPPIST des La-Silla-Observatoriums , die PROMPT-Teleskope ( Cerro Tololo Inter-American Observatory ), das brasilianische Southern Astrophysical Research Telescope oder SOAR ( Cerro Pachón ), das 0,45-Meter-ASH Teleskop ( Cerro Burek ), und die des Observatoriums der Staatlichen Universität Ponta Grossa, des Polo Astronomical Pole Casimiro Montenegro Filho (bei der Stiftung Technologiepark Itaipu in Foz do Iguaçu), des Observatoriums der Universidad Católica der Päpstlichen Katholischen Universität von Chile ( Santa Martina) und mehrere an der Estación Astrofísica de Bosque Alegre, die von der National University of Córdoba betrieben wird . Negative Entdeckungen wurden vom Observatorium El Catalejo (Santa Rosa, La Pampa, Argentinien), dem 20-Zoll-Planewave-Teleskop (Teil des Searchlight Observatory Network) in San Pedro de Atacama, Chile und dem OALM-Instrument am Los Molinos Astronomical Observatory in Uruguay aufgezeichnet . Einige der anderen beteiligten Instrumente waren die des Nationalen Observatoriums in Rio de Janeiro, des Valongo-Observatoriums (an der Bundesuniversität von Rio de Janeiro), des Oeste do Paraná State University Observatory oder Unioeste (im Bundesstaat Paraná), des Pico dos Dias Observatory oder OPL (in Minas Gerais) und der São Paulo State University (UNESP – Guaratinguetá) in São Paulo.
Eigenschaften
Die Ausrichtung der Ringe stimmt mit einer Randansicht von der Erde im Jahr 2008 überein, was die beobachtete Verdunkelung von Chariklo zwischen 1997 und 2008 um den Faktor 1,75 sowie das allmähliche Verschwinden von Wassereis und anderen Materialien aus seinem Spektrum erklärt die beobachtete Oberfläche der Ringe nahm ab. Mit dieser Edge-on-Orientierung stimmt auch, dass die Helligkeit des Chariklo-Systems seit 2008 wieder um den Faktor 1,5 zugenommen hat und die infraroten Wasser-Eis-Spektralmerkmale wieder aufgetaucht sind. Dies deutet darauf hin, dass die Ringe zumindest teilweise aus Wassereis bestehen. Eine Eisringzusammensetzung stimmt auch mit der erwarteten Dichte eines aufgebrochenen Körpers innerhalb der Roche-Grenze von Chariklo überein .
| Name | Spitzname | Umlaufradius (km) | Breite (km) | Optische Tiefe | Oberflächendichte (g/cm 2 ) | Größenäquivalente Masse | Abstand zwischen den Ringen (km) | Radialer Abstand (km) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2013C1R | Oiapoque | 390,6 ± 3,3 | 6,16 ± 0,11 to7,17 ± 0,14 | 0,449 ± 0,009 to0,317 ± 0,008 | 30–100 | Eiskörper ~1 km Durchmesser | 8,7 ± 0,4 | 14,2 ± 0,2 |
| 2013C2R | Chuí | 404,8 ± 3,3 |
3.4+1,3 -2,0 zu 3.6+1,1 -1,4 |
0,05+0,06 −0,01 zu 0,07+0.05 -0.03 |
? | Eiskörper ~0,5 km Durchmesser |
Innenring (2013C1R oder Oiapoque)
Es wurde beobachtet, dass die äquivalente Tiefe (ein Parameter bezogen auf die Gesamtmenge des im Ring enthaltenen Materials basierend auf der Betrachtungsgeometrie) von C1R im Verlauf der Beobachtung um 21% schwankte. Ähnliche Asymmetrien wurden bei Bedeckungsbeobachtungen der schmalen Ringe des Uranus beobachtet und können auf Resonanzschwingungen zurückzuführen sein, die für die Modulation der Breite und der optischen Tiefe der Ringe verantwortlich sind. Die Säulendichte von C1R wird auf 30–100 g/cm 2 geschätzt .
Außenring (2013C2R oder Chuí)
C2R ist halb so breit wie der hellere Ring und befindet sich direkt außerhalb davon, bei 404,8 Kilometern (251,5 Meilen). Mit einer optischen Tiefe von etwa 0,06 ist er deutlich diffuser als sein Begleiter. Insgesamt hat es etwa ein Zwölftel der Masse von C1R.
Herkunft
Der Ursprung der Ringe ist unbekannt, aber beide sind wahrscheinlich Überreste einer Trümmerscheibe, die sich durch einen Aufprall auf Chariklo, eine Kollision mit oder zwischen einem oder mehreren bereits existierenden Monden, Gezeitenstörung eines ehemaligen retrograden Mondes gebildet haben könnte , oder aus Material, das durch Kometenaktivität oder Rotationsunterbrechung von der Oberfläche freigesetzt wird. Wenn sich die Ringe durch ein Aufprallereignis mit Chariklo gebildet haben, muss das Objekt mit geringer Geschwindigkeit aufprallen, um zu verhindern, dass Ringpartikel über die Hügelkugel von Chariklo hinaus geschleudert werden .
Die Aufprallgeschwindigkeiten im äußeren Sonnensystem betragen typischerweise ≈ 1 km/s (verglichen mit der Fluchtgeschwindigkeit an der Oberfläche von Chariklo von ≈ 0,1 km/s) und waren noch niedriger, bevor der Kuiper-Gürtel dynamisch angeregt wurde, was die Möglichkeit untermauert, dass die Ringe bildeten sich im Kuiper-Gürtel, bevor Chariklo vor weniger als 10 Myr auf seine aktuelle Umlaufbahn gebracht wurde. Die Aufprallgeschwindigkeiten im Asteroidengürtel sind viel höher (≈ 5 km/s), was das Fehlen solcher Ringmerkmale bei kleineren Körpern innerhalb des Asteroidengürtels erklären könnte. Kollisionen zwischen Ringpartikeln würden dazu führen, dass sich der Ring erheblich erweitert, und der Poynting-Robertson-Widerstand würde dazu führen, dass die Ringpartikel innerhalb weniger Millionen Jahre auf den Zentralkörper fallen, was entweder eine aktive Quelle von Ringpartikeln oder einen dynamischen Einschluss durch kleine (Kilometer- Größe) eingebettete oder Hirtenmonde , die noch entdeckt werden müssen. Aufgrund des geringen radialen Abstands zwischen Ringsystem und Chariklo wäre es sehr schwierig, solche Monde durch direkte Aufnahmen von der Erde zu entdecken.
Simulationen
Als kleinster bekannter Himmelskörper mit eigenem Ringsystem sind Chariklo und seine Ringe die ersten, die durch numerische Lösung des N-Körper-Problems vollständig simuliert wurden . Die Annahmen beinhalteten, dass die Planetoiden und Ringteilchen kugelförmig sind und alle Teilchen gleiche Radien zwischen 2,5 und 10 m haben. In den Simulationen waren je nach Parametern zwischen 21 Millionen und 345 Millionen Teilchen beteiligt, die durch Schwerkraft und Kollisionen miteinander wechselwirkten . Ziel der Simulationen war es zu beurteilen, unter welchen Bedingungen die Ringe stabil bleiben; das heißt, gruppieren Sie sich nicht in wenige größere Körper.
Die erste Schlussfolgerung aus den Simulationen ist, dass die Dichte von Chariklo größer sein muss als die der Ringmaterie, nur um sie in der Umlaufbahn zu halten. Zweitens häuften sich die Ringe für alle getesteten Ringpartikelradien und Ringraumdichten in relativ kurzen Zeitskalen. Die Autoren schlagen drei Haupterklärungen vor:
- die Ringteilchen sind viel kleiner, in der Größenordnung von 1 cm, als in den Simulationen angenommen
- die Ringe sind sehr jung (unter 100 Jahre)
- es gibt einen relativ massiven, noch unentdeckten Körper im System, der als Hirtenmond fungiert
Sie stellten außerdem fest, dass die Auswirkungen einiger Annahmen, beispielsweise das vollständige Fehlen der Exzentrizität der Ringe, nicht bewertet wurden.