Обнаружено, что у транснептунового объекта Квавар есть кольцо, формирование которого противоречит существующим теоретическим представлениям о его расположении.
В Солнечной системе не только Сатурн обладает кольцами. Подобные структуры были обнаружены и у ледяного гиганта Нептуна, и у карликовой планеты Хаумеа, и даже у некоторых астероидов. Эти данные позволили получить хорошее понимание причин возникновения колец, их эволюции и распада. Однако новая находка, по всей видимости, ставит под сомнение точность существующих представлений об этих процессах. Дело в том, что, согласно полученным данным, системы колец с такими характеристиками не должны существовать. Подробный отчет об этом представлен в статье Бруно Моргадо (Bruno Morgado) и его коллег, опубликованной в журнале Nature.
Используя европейский космический телескоп Cheops, ученые совершили открытие, предназначенного для поиска экзопланет. На протяжении 2018-2021 годов в перерывах от своей основной задачи аппарат провел несколько наблюдений объекта, расположенного на периферии Солнечной системы. Это карликовая планета (50000) Квавар, обнаружена относительно недавно, всего пару десятков лет назад. Орбита Квавара удалена от Солнца в 44 раза дальше, чем у Земли, простираясь далеко за пределы орбиты Нептуна, в поясе Койпера. Его радиус оценивается в 555 километров. Известен также небольшой спутник диаметром 80 километров Вейвот.
Анализ такой малой системы на большом расстоянии затруднен. В связи с этим, авторы исследования определяли моменты покрытия – затмения удаленных звезд, вызванные Кваваром между ними и телескопом – и проводили наблюдения именно в эти промежутки времени. В ходе наблюдений было установлено, что непосредственно перед и после таких затмений фиксируются более слабые затемнения. На основании полученных данных ученые пришли к выводу о наличии у Квавара кольца, находящегося между ним и Вейвотом, в той же плоскости, что и орбита спутника, на высоте приблизительно 4100 километров. И вот тут возникли проблемы.
Дело в том, что 4100 километров приблизительно равны 7,4 радиуса самой маленькой карликовой планеты. Таким образом, кольцо располагается за пределом Роша, предел Роша — это граница, определяющая минимально допустимую высоту орбит для небесных тел, вращающихся в паре. На этой отметке сила гравитации, сохраняющая целостность спутника, сопоставима с приливными силами, стремящимися деформировать его и разорвать. Если орбита выходит за пределы Роша, спутник может оставаться стабильным, но при нахождении ниже этого предела он разрушается, формируя кольцевую структуру.
Но кольцо Квавара расположено за этой границей. Вероятно, вещество кольца в настоящее время формирует спутник. В таком случае, наблюдение стало настоящей удачей, ведь этот процесс занимает крайне короткий промежуток времени. Согласно расчетам, для Квавара это составляет всего несколько десятков лет. Иначе, по мнению ученых, «потребуется пересмотреть существующие представления о пределе Роша».
Возможно, потребуется более детальное описание взаимодействия частиц, из которых формируются кольца или спутники. Если столкновения этих частиц оказываются более эластичными, чем считалось ранее (например, вследствие чрезвычайно низких температур), это может препятствовать образованию спутника даже на высотах, превышающих предел Роша. Альтернативное объяснение, предложенное Моргадо и его коллегами, заключается в том, что приливные силы, действующие на частицы при их движении в гравитационном поле Квавара, могут быть сильнее, чем показывают стандартные расчеты. Это вполне вероятно, если форма карликовой планеты существенно отличается от сферической, и ее вращение вокруг своей оси вызывает систематические изменения в гравитационном поле.