On yıllar boyunca gökbilimciler halkaların yalnızca dev gezegenlere özgü bir özellik olduğunu düşündüler. Bu durum 2013 yılında, Satürn ile Uranüs arasında yörüngede dönen küçük ve karanlık bir cismin bir yıldızın önünden geçmesi ve ana olayın her iki yanında iki kez yanıp sönerek 250 kilometre genişliğindeki bir nesnenin etrafındaki iki dar halkayı ortaya çıkarmasıyla değişti. İspanya'nın Granada kentindeki Endülüs Astrofizik Enstitüsü'nde gökbilimci olan Pablo Santos-Sanz, "Bu bir sürprizdi" diyor. O zamandan beri temel soru, bu tür halkaların neyden yapıldığı ve ne kadar süre dayanabileceği oldu. Yakın tarihli bir çalışmada Santos-Sanz ve meslektaşları, şimdi Chariklo olarak bilinen aynı cismin arka plandaki bir yıldızın önünden tekrar geçişini izlemek için James Webb Uzay Teleskobu'nu kullandılar. Halkalarından birinin daha yoğun hale geldiğini, diğercinin ise neredeyse tamamen kaybolduğunu keşfettiler. Bunun tam olarak nedenini bilmiyoruz.

Bir yıldızı gölgeleme Gözlemin arkasındaki teknik oldukça basittir. Santos-Sanz, "Bir Güneş Sistemi cisminin bir yıldızın önünden ne zaman geçeceğini tahmin ediyoruz" dedi. Yıldız ışığı bir an için zayıflar ve bu karartmanın şekli, buna neden olan cismin boyutunu, şeklini ve çevresini ortaya çıkarır. Bu durumun küçük cisimler için özellikle zor, uzak küçük cisimler için ise daha da zor olduğunu söyledi. Zorluk, hedefin gökyüzündeki siluetinin çok küçük olması ve belirli bir yıldızı ne zaman geçeceğini bilmenin her ikisi için de çok hassas konumlandırma verileri gerektirmesidir.

Yine de 2013 yılında, Chariklo'nun C1R ve C2R adı verilen iki halkasını ayırt etmek için yer teleskopları kullandık. Bunlar merkezinden 390 ve 405 kilometre uzakta yer alıyordu, yalnızca birkaç kilometre genişliğindeydi ve aralarında yaklaşık 7 kilometre mesafe vardı. Ancak bunu uzay tabanlı bir teleskopla yapmak işleri önemli ölçüde zorlaştırıyor. JWST, L2 Lagrange noktasında bulunuyor ve yörüngesini sabit tutmak için kontrolörlerin teleskobu her birkaç haftada bir itmesi gerekiyor. Santos-Sanz, "Bu biraz zorlu bir görev" dedi.

Ekibi, Ağustos 2022'de olası bir Chariklo örtülmesi tespit etti ve tahmini her hafta yeniden yaptı. İlk tahmin ile son tahminlerden biri arasında, öngörülen görüş hattı yaklaşık 110 kilometre kaydı; bu da onu cismin tamamen dışına çıkarmak için yeterliydi. Ne yazık ki JWST, bu tür gözlemlerin en az 14 gün önceden planlanmasını gerektiriyor. Santos-Sanz, "Bunu biraz körü körüne yaptık çünkü görüş hattının tam olarak nerede olduğunu bilmiyorduk" dedi. "Uzaydaki en büyük, en iyi teleskoplardan birini hareket ettireceğim ve bunu sonunda yakalayıp yakalamayacağımızı bilmiyoruz."

Ancak her şey yolunda gitti. Örtülme 18 Ekim 2022'de gerçekleşti. Yeniden oluşturulan geometri, JWST'nin arka plandaki yıldıza olan görüş hattının Chariklo'nun yüzeyinin 7.4 kilometre üzerinden sıyırdığını, cismi ıskaladığını ancak halkalarını yakaladığını gösteriyor. JWST olayı aynı anda 1.5 ve 3.2 mikrometre olmak üzere iki yakın kızılötesi bantta kaydetti; bu, herhangi birinin küçük bir cismin halkalarını üç mikrometrenin ötesindeki bir bantta ilk kez yakalamasıydı; bu aralık, Dünya atmosferi nedeniyle yer teleskoplarının erişemeyeceği bir mesafededir.

İç halka, ani ve belirgin kenarlarıyla yanıltıcı bir şekilde ortaya çıktı, ancak eskisinden çok daha koyuydu. Yaklaşık 10 önceki yer tabanlı örtülmeye göre ortalama alınan C1R'nin normal opaklığı (engellediği yıldız ışığı oranı) 0.303 idi. JWST bunu 0.431 olarak ölçtü. Santos-Sanz, "Başta inanamadık, bu yüzden verilerle çok uğraştık" dedi. En basit açıklama geometriydi. Halkalar her zaman tekdüze değildir ve JWST basitçe daha yoğun bir kümeden geçmiş olabilir.

Bu senaryoyu dışlamak için ekip, tümseklikli bir halka modeli oluşturdu ve 10 milyon simüle edilmiş örtülme çalıştırdı. JWST'nin kaydettiği kadar yüksek bir opaklığı yeniden üretmek, 1.5 mikrometrede yaklaşık 1000'de 1, tek bir ölçüm için 3.2 mikrometrede ise 100.000'de 4 şans olarak çıktı. Teleskop halkayı içeri girerken ve çıkarken iki kez yakaladı, bu da olasılıkları daha da küçülttü. Santos-Sanz, iç halkanın büyük olasılıkla kalınlaştığı sonucuna vardı.

Aynı zamanda, dış halka tam tersini yaptı. Kaybolan halka C2R, 1.5 mikrometrede neredeyse hiç görünmedi ve teleskop aynı anlarda halkanın aynı bölümünü her iki bantta kaydetmesine rağmen 3.2 mikrometrede hiç görünmedi. Santos-Sanz, "Başta dış halkayı ışık eğrisinde bile göremedik" dedi. "Modelleri kullanmak zorunda kaldık. Gerçekten çok zayıf görünüyordu, bu yüzden 'Burada neler oluyor?' dedik." Ekip iki olası açıklama buldu.

Birincisi, neredeyse hiç örtülmenin kaydedilmediği dalga boylarına bakan JWST'nin, kızılötesinde ışığı farklı şekilde saçan tanecikleri görüyor olmasıydı. Diğeri ise halkaların gerçekten fiziksel olarak değişmiş olmasıydı. Santos-Sanz, radyatif transfer modellerinin sonuncusuna işaret ettiğini savunuyor. Daha eski görünür ışık gözlemleri buz ve silikat karışımıyla tutarlıydı, ancak JWST veri noktaları eklendiğinde hiçbir malzeme ve tanecik boyutu kombinasyonu teleskobun gördüklerini açıklayamadı.

Santos-Sanz, "Halkaların zamanla gerçek bir evrimine tanık oluyoruz" dedi. "Elbette bu bir kesinlik değil, ama benim için tercih edilen açıklama bu." Dahası, bu evrim büyük olasılıkla solan dış halkadaki malzemenin iç halkaya içe doğru göç etmesinden ibaret değildi. Eşdeğer genişlik olarak ölçüldüğünde iç halka, dış halkanın kaybettiğinin yaklaşık 10 katı kadar kazanç sağladı. Santos-Sanz, "Fazla malzemenin nereden geldiğini bilmiyoruz, ancak bazı hipotezler var" dedi.

Santos-Sanz, önde gelen açıklamanın dış halkanın yörüngesini paylaşan küçük bir çoban uydu olduğunu açıklıyor. Böyle bir nesne halkaların kararlılığını ve keskin kenarlarını açıklamalı ve ayrıca C1R'yi yenileyen döküntüler saçabilir. Santos-Sanz, "Eğer varsa, bu uydu henüz tespit edilmedi" dedi. JWST verilerine dayanan bir bilgisayar modeli de iki halkanın neyden yapıldığını ima ediyor. Ancak Santos-Sanz, çalışmanın bu kısmının tamamlanmadığını açıkça belirtiyor.

"Bu modelden sonraki hissimiz, iç halkanın dış halkadan daha büyük parçacıklardan oluşması gerektiği yönünde" dedi. "Dış halkanın daha tozlu olduğunu düşünüyoruz. Ama bu devam eden bir çalışma. Kesin olarak söyleyemem, evet burası tozlu, burası değil." Ekip, en iyi testin bu kez görünür ışık kullanarak başka bir Chariklo örtülmesi yakalamak olacağını savunuyor; bu, gerçek değişimi bir dalga boyu etkisinden ayıracaktır. Santos-Sanz, "Yeni örtülmeler arıyoruz" dedi.

Küçük cisimlerin etrafındaki halkaların zaman içinde nasıl evrimleştiğini anlamanın önemli olduğunu açıklıyor, çünkü Chariklo buna sahip olan tek cisim değil. Halkaların artık Chariklo ile aynı kategorideki Chiron adlı başka bir cisim, Haumea cüce gezegeni ve Neptün ötesi cisim Quaoar etrafında olduğu biliniyor. Dev gezegen halkalarının aylar ve yıllar içinde değiştiği zaten biliniyor; Satürn'ün D halkası ölçülebilir şekilde küçüldü ve Neptün'ün Adams yayları kendilerini yeniden düzenliyor. Şimdi küçük cisimler de bunu yapıyor gibi görünüyor.

Santos-Sanz, "Bence bu çalışma bulmacanın sadece bir parçası, ancak küçük cisimlerin ve dev gezegenlerin etrafındaki halkalarla ilgili daha geniş çalışmalar için önemli bir ipucu olabilir" dedi. Santos-Sanz'ın çalışması Science Advances dergisinde yayınlandı: https://doi.org/10.1126/sciadv.aeh4794