Bizarre schwarze Löcher erklärt: Q & A mit Physiker Kip Thorne

Astronomen haben mögliche Ringe um den kleinen Planeten Chiron entdeckt, was darauf hindeutet, dass Ringsysteme im gesamten Sonnensystem häufiger vorkommen, als Wissenschaftler bisher angenommen hatten.

Ein Team von Wissenschaftlern am Massachusetts Institute of Technology (MIT) sah Anzeichen von Ringen, während Chiron - ein 145 Meilen (233 Kilometer) großes Objekt, das zwischen Saturn und Uranus umkreist - vor einem hellen Stern vorbeifliegt bekannt als eine Bedeckung.

"Chiron war ein interessantes Objekt, um mit Okkultationen zu studieren, seit vor einem Jahrzehnt jetähnliche Merkmale entdeckt wurden", erzählten Jessica Ruprecht und Michael Person, beide vom MIT, Profoundspace.org per E-Mail. "Wir haben es immer verfolgt, wenn es verfügbar war ... [aber] wir konnten bis vor kurzem nicht mehr Daten sammeln." [Fotos: Saturns glorreiche Ringe aus nächster Nähe]

Ring um den Zentauren

Nach seiner Entdeckung im Jahr 1977 wurde Chiron als der erste "Zentaur" klassifiziert - ein Körper zwischen Jupiter und Pluto mit gemeinsamen Eigenschaften sowohl Asteroiden als auch Kometen. Heute gibt es mehr als 200 bekannte Zentauren, und Wissenschaftler schätzen, dass es mehr als 44.000 dieser hybriden Asteroid-Kometen im Sonnensystem gibt.

In den späten 1980er Jahren beobachteten Astronomen, dass Chiron sowohl Aufhellungen als auch ähnliche Aktivitäten wie ein Streifenkometen zeigte. Im Jahr 1994 zeigten Beobachtungen während einer Sternenbedeckung das Vorhandensein von Wassereis auf Chiron.

Ruprecht und ihr Team stellten fest, dass Chiron am 29. November 2011 vor einem anderen relativ hellen Stern vorbeikommen würde. Sie beobachteten das Ereignis, das nur ein paar Minuten dauerte, mit der Infrarotteleskopanlage der NASA und dem Global Telescope Network Las Cumbres Observatory Hawaii.

Die Beobachtungen führten zu einem unerwarteten Ergebnis. Ein einziger Körper würde das Sternenlicht auf einmal blockieren. Aber die Teleskope zeigten, dass das Licht des Sterns blockiert war, bevor und nachdem Chiron sich davor bewegte, was nahelegte, dass Staub oder Steine ​​den Zentaur umgaben.

Die Astronomen sahen Merkmale auf jeder Seite von Chiron mit einer Breite von 1,8 und 4,3 Meilen (3 und 7 Kilometer), getrennt durch eine Entfernung von 6,2 bis 8,7 Meilen (10 bis 14 km). Dies könnte auf zwei Ringe hinweisen, die den beiden Ringen ähneln, die letztes Jahr um Chariklo entdeckt wurden, dem einzigen bekannten Zentaur, der größer ist als Chiron.

Chariklo ist einer von nur fünf Körpern im Sonnensystem, von denen bekannt ist, dass sie ein Ringsystem haben. (Die anderen vier sind die riesigen Planeten - Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun.) Wenn Chiron auch Ringe besitzt, so mögen es viele andere Zentauren, sagten die Forscher. [Siehe Bilder von Charlikos Ringen]

"Ringe sind vielleicht häufiger, als wir dachten", sagte Ruprecht. "Wir hoffen, andere ähnliche Körper zu beobachten, um nach solchen Merkmalen zu suchen."

Aber sie und andere Teammitglieder bleiben vorsichtig, da Ringe nicht die einzige mögliche Erklärung für das sind, was sie beobachtet haben. Zum Beispiel könnten die faszinierenden Merkmale durch eine Staub- oder Gashülle um den Zentaur herum verursacht worden sein, oder durch das zuvor erwähnte Vorhandensein von Staub- oder Wasserstrahlen, so die Forscher.

Die neue Studie wurde in der Zeitschrift Icarus veröffentlicht.

Setze einen Ring darauf

Ruprechts Team ist nicht die einzige Gruppe, die neugierig auf Ringzentauren ist.

"Die Messungen hatten sehr bemerkenswerte Ähnlichkeiten mit einigen der Messungen, die von Chariklo in der Sternbedeckung durchgeführt wurden", sagte José Ortiz vom Institut für Astrophysik in Spanien über die neuen Chiron-Beobachtungen. Ortiz war Teil des Teams, das Chariklos Ringe fand.

"Diese Messungen, zusammen mit den viel schwächeren Einschränkungen aus früheren Bedeckungen von Chiron, könnten eine grobe Vorstellung von der möglichen Ausrichtung eines Ringsystems in Chiron geben", sagte Ortiz gegenüber ProfoundSpace.org per E-Mail.

Durch das Studium der von Ruprechts Team gesammelten Daten, zusammen mit früheren Beobachtungen, schlossen Ortiz und seine Kollegen, dass es eine starke Möglichkeit gibt, dass Ringe um den Zentaur existieren. Wenn das der Fall ist, können andere Zentauren und trans-Neptun-Objekte (TNOs) - Körper, die über Neptun hinausgehen - eigene Ringsysteme aufweisen, sagte Ortiz. [Fotos von Neptun, der geheimnisvolle blaue Planet]

Beobachtungen von Chiron haben gezeigt, dass sich seine Helligkeit im Laufe der Zeit ändert, und dass Wasser-Eis-Merkmale, die auf dem Centaur beobachtet werden, verschwinden oder sogar verschwinden. Ortiz zufolge könnte das Vorhandensein von Ringen mit sich ändernden Orientierungen, wie sie von der Erde aus gesehen werden, solche Variationen erklären, insbesondere wenn die Ringe die Quelle des Eises wären.

In ihren Forschungen, die Anfang dieses Jahres in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht wurden, schrieben Ortiz und sein Team: "Ein Ringsystem ist die einzige Möglichkeit, eine große Helligkeitsänderung zu bewirken."

Die Ringe von Saturn zeigen prominente spektroskopische Wassereiseigenschaften, sagte Ortiz. Weitere Forschungen ergaben, dass sich das Wassereis auf Chariklo auch in den Ringen befindet.

"Chiron und alle Zentauren sind die Vorfahren der Kometen der Jupiter-Familie, also erwarten wir, dass die Oberflächenzusammensetzung von Zentauren und Kometen ähnlich sein kann", sagte Ortiz. "Und der Kometenkern weist in den Spektren seiner Oberflächen keine nachweisbaren Wassereiseigenschaften auf, so dass das in Chiron nachgewiesene Wassereis sehr wahrscheinlich in den Ringen und nicht auf der Oberfläche liegt."

Ortiz und seine Co-Autoren verwarfen die Idee, dass eine Hülle aus Staub oder Gas die Chiron-Daten erklären könnte. Sie sagten, eine Hülle würde wahrscheinlich Sternenlicht blockieren und nicht zwei symmetrische Merkmale erzeugen. Eine elliptische Schale könnte theoretisch die scharfen Spitzen im Sternenlicht erzeugen, sagte Ortiz, aber die Schale müsste kugelförmig sein, um die Beobachtungen von zwei verschiedenen Orten zu erklären. Darüber hinaus wurden bisher keine ellipsoiden Schalen um einen Kometen beobachtet.

Während Ruprecht und ihr Team vorschlugen, dass Jets auch die ungewöhnlichen Signale erklären könnten, stellt Ortiz die Frage, warum Jets entweder symmetrische Konfigurationen oder die Doppelstruktur geben würden. Er wies auch darauf hin, dass der Kentaur zur Zeit der Beobachtungen in einem ruhigen Zustand war und keine Quelle für einen Jet bot.

Ruprecht sagte, sie sei vorsichtiger; Sie betonte, dass Chiron weiter studiert werden müsse, um eine endgültige Aussage über die ungewöhnlichen Merkmale zu machen.

"Während die kürzliche Entdeckung von Ringen um Chariklo es plausibler macht, haben wir mehrere mögliche Interpretationen gezeigt - Düsen, Federn usw. - die alle mit unseren Daten übereinstimmen", sagte Ruprecht. "Nur mit weiteren Beobachtungen können wir die tatsächliche Situation bestimmen."

Mehr zu finden?

Wenn Ringe um Chiron existieren, könnten sie weitreichende Auswirkungen auf andere Zentauren und trans-Neptun-Objekte haben.

Mehrere Bedeckungen wurden bereits für TNO beobachtet, und es wurden keine Anzeichen von Ringen entdeckt. Es ist möglich, dass sich Ringe nur in der Jupiter- zu Neptun-Region bilden, wo die Zentauren liegen, und nicht hinter Neptun, sagte Ortiz. Ein Grund dafür ist, dass sich Ringe durch Kollisionen bilden können, die im Nacken der Zentauren häufiger vorkommen.

Auch im Asteroidengürtel wurden trotz zahlreicher Bedeckungen keine Ringe beobachtet. Wenn Kollisionen Ringsysteme bilden, könnten die Aufprallgeschwindigkeiten im Asteroidengürtel zu langsam sein, um sie zu erzeugen, sagte Ortiz. Er warnt davor, dass diese Gedankengänge spekulativ sind und mehr Forschung benötigt wird, um sie zu unterstützen.

Dennoch könnten durch Kollision entstandene Ringe einen Einblick in die Geschichte der Kentauren geben. Solche Kollisionen könnten häufiger auftreten als bisher angenommen. Oder vielleicht wurden die Ringe von Chariklo und Chiron vor langer Zeit gebildet, bevor sie aus der trans-Neptun Region erobert wurden.

"In diesem Fall hätten die Ringe sehr lange überlebt, was bemerkenswert wäre", sagte er.

Wenn die Ringe stattdessen durch andere Methoden gebildet würden, hätte dies unterschiedliche Auswirkungen.

"Wenn die Ringe von Satelliten verursacht werden, könnte dies bedeuten, dass Zentauren viele Satelliten haben könnten", sagte er. "Es gibt viele verschiedene Möglichkeiten, die wir jetzt erforschen wollen."

Ortiz und sein Team spekulierten auch über das Verhältnis von Zentaurenfarbe zur möglichen Existenz von Ringen. Wenn Ringe das Wassereis im System enthalten, wären Zentauren mit Ringen blauer, wie es sowohl Chiron als auch Chariklo sind. Viele Zentauren haben eine ähnliche Farbe wie Chiron und Chariklo, so dass Ringsysteme unter Zentauren sehr verbreitet sind. Da ähnliche Farbunterschiede auch in kleinen TNOs existieren, können einige dieser Objekte auch Ringe aufweisen.

Um zu verstehen, in welchem ​​Maße Ringe in kleinen Körpern des äußeren Sonnensystems dominieren, bedarf es weiterer Untersuchungen - ein herausfordernder Prozess. Stellarbedeckungen bestimmter Körper sind nicht sehr häufig und können schwer vorherzusagen sein.

"Um einen Ring zuverlässig zu erkennen, sind mehrere Beobachtungen von mehreren Stellen während einer Okkultation erforderlich", sagte Ortiz.

Die Schatten von Zentauren haben die gleiche Größe wie die Objekte selbst, was es schwierig macht, eine einzige Bedeckung an mehreren Stellen zu beobachten. Die Verdeckung von Chiron wurde mit zwei Teleskopen in einem Abstand von etwa 129 km beobachtet. Chariklos Ringe wurden mit Hilfe von Instrumenten entdeckt, die Ortiz "eines der Gebiete der Welt mit einer dichten Teleskopabdeckung" nannte.

Wenn Wissenschaftler mehr Daten über Chiron und andere kleine Kentauren sammeln, können mehr Ringe oder orbitale Merkmale gefunden werden. Vielfältige Merkmale um eine Reihe von Objekten können Wissenschaftlern helfen zu verstehen, wie sich diese Objekte im Sonnensystem bilden.

"Es ist möglich, dass das Studium verschiedener Ringsysteme auf so unterschiedlichen Größenordnungen - von Riesenplaneten bis zu winzigen Planetoiden - uns viel über die Entstehung solcher Strukturen lehrt", sagte Ruprecht.