«Джеймс Уэбб» выявил неожиданные изменения в кольцах Харикло

Долгое время кольца в Солнечной системе ассоциировались исключительно с планетами-гигантами: Юпитером, Сатурном, Ураном и Нептуном. Ситуация изменилась в 2013 году, когда астрономы обнаружили два плотных кольца вокруг Харикло — небольшого объекта диаметром всего около 250 километров, который движется между Сатурном и Ураном, почти в 17 раз дальше от Солнца, чем Земля.

Теперь новые наблюдения космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) показывают, что эти кольца не так стабильны, как считалось ранее. Исследование, опубликованное в журнале Science Advances под руководством Института астрофизики Андалусии (IAA-CSIC), впервые предоставило доказательства того, что система колец Харикло изменилась всего за несколько лет.

Ключевое наблюдение состоялось 18 октября 2022 года, когда исследователи с помощью JWST наблюдали прохождение Харикло перед далёкой звездой. Это событие, известное как звёздное покрытие, позволяет астрономам изучать объекты, слишком маленькие или далёкие для прямых снимков. Когда Харикло и его кольца пересекали диск звезды, они ненадолго блокировали часть её света, создавая измеримые падения яркости.

Учёные сравнили данные JWST с более ранними наблюдениями покрытий, собранными за предыдущее десятилетие. Сравнение показало, что два кольца Харикло изменились по-разному.

«Сравнивая наблюдения JWST с данными других звёздных покрытий за последнее десятилетие, мы обнаружили противоположные изменения в двух кольцах: внутреннее кольцо демонстрирует значительно более высокую непрозрачность, а внешнее — более низкую», — объясняет Пабло Сантос-Санс, исследователь IAA-CSIC, руководитель работы.

Иными словами, внутреннее кольцо теперь блокирует больше света, чем раньше, а внешнее — меньше. Этот неожиданный контраст говорит о том, что кольца Харикло представляют собой активные, эволюционирующие структуры, на которые влияют физические процессы, возможно, более сложные, чем предполагалось.

Наблюдение также стало технологической вехой: впервые звёздное покрытие было специально предсказано и запланировано для JWST, а затем успешно проведено с помощью космического телескопа.

Для этого потребовалась исключительная точность. Учёным нужны были высокоточные данные об орбите Харикло, положении фоновой звезды и собственном движении JWST в космосе.

«Для этого требовалось с необычайной точностью знать орбиту Харикло, положение звезды — благодаря миссии Gaia Европейского космического агентства — и траекторию самого JWST вокруг точки Лагранжа L2, области космоса примерно в 1,5 миллиона километров за Землёй, в стороне от Солнца. JWST движется по орбите вокруг этой области, что требует периодических корректировок с помощью маневров удержания», — отмечает Юджель Кылыч, постдокторант IAA-CSIC и соавтор исследования.

В момент покрытия Харикло двигался относительно JWST со скоростью всего 2,5 километра в секунду. Это необычно медленное относительное движение дало исследователям исключительно детальную пространственную информацию о структуре колец.

Прямая фотосъёмка невозможна: Харикло чрезвычайно далёк, а его кольца настолько узки, что даже JWST и крупнейшие наземные телескопы не могут различить их на снимке. Звёздные покрытия позволяют обойти это ограничение, используя далёкую звезду в качестве подсветки. Каждый раз, когда одно из колец пересекает звезду, количество звёздного света ненадолго уменьшается, что позволяет астрономам измерить свойства кольца, которые иначе остались бы скрытыми.

Ранее учёные в целом считали кольца вокруг малых тел Солнечной системы относительно стабильными структурами. Теперь Харикло даёт основания пересмотреть это предположение: изменения, замеченные всего за несколько лет, говорят о том, что такие системы могут эволюционировать на удивительно коротких временных масштабах.

«Наши результаты заставляют нас переосмыслить, как они формируются, как эволюционируют и какие механизмы поддерживают их стабильность. Возможность обнаруживать эти изменения открывает новое окно для понимания эволюции таких систем и, возможно, других кольцевых систем в Солнечной системе», — говорит Сантос-Санс.

Что именно вызвало эти изменения, пока неясно. Они могут отражать реальную эволюцию колец Харикло, быть следствием различий в фильтрах, использовавшихся при разных наблюдениях, или сочетанием обоих факторов.

Институт астрофизики Андалусии (IAA-CSIC) руководил всеми ключевыми этапами исследования: научным проектированием, предсказанием покрытия Харикло, наблюдавшегося JWST, анализом данных и интерпретацией физических процессов. Команда IAA-CSIC также сыграла центральную роль в моделировании колец и статистическом анализе, подтвердившем реальность наблюдаемых изменений. В работе участвовали исследователи из Испании, Бразилии, Франции, Венгрии и США.

Показав, что казавшиеся стабильными кольца Харикло могут меняться всего за несколько лет, наблюдения дают астрономам новый способ изучать, как кольцевые системы вокруг малых миров формируются, эволюционируют и сохраняются с течением времени.

Источники:

Материалы предоставлены Высшим советом по научным исследованиям Испании (CSIC).