У транснептунового об’єкта Квавар помітили кільце, яке знаходиться на такій відстані, де по теорії його не може бути.
Квавар, його супутник і кільце: погляд художника / ©ATG, ESA
У Сонячній системі далеко не один Сатурн може похвалитися власною системою кілець. Вони знайдені і у крижаного гіганта Нептуна, і у карликової планети Хаумеа, і навіть у деяких астероїдів. Ці дані дозволили непогано зрозуміти, чому кільця виникають, як еволюціонують і розпадаються. Однак нова знахідка, здається, змушує задуматися, наскільки коректні наші уявлення про ці процеси. Адже, згідно з ними, системи кілець з такими характеристиками бути не повинно. Звіт про неї представлений в статті Бруно Моргадо (Bruno Morgado) і його колег, опублікованій в журналі Nature.
Відкриття зробили за допомогою Європейського космічного телескопа Cheops, призначеного для пошуку екзопланет. Протягом 2018-2021 років в перервах від свого основного завдання апарат провів кілька спостережень об’єкта, розташованого на периферії Сонячної системи. Це карликова планета (50 000) Квавар, виявлена лише пару десятків років тому. Орбіта Квавара проходить в 44 рази далі від Сонця, ніж у Землі, — далеко за орбітою Нептуна, в поясі Койпера. Її радіус оцінюють в 555 кілометрів. У неї відомий і крихітний 80-кілометровий супутник Вейвот.
Вивчати таку невелику систему на такій великій відстані нелегко. Тому автори дослідження обчислювали періоди покриття-затемнення далеких зірок при проходженні Квавара між ними і телескопом — і проводили спостереження саме в ці моменти. З’ясувалося, що незадовго до такого покриття і незабаром після нього реєструються більш слабкі затемнення. Вчені зробили висновок, що у Квавара є кільце, розташоване між ним і Вейвотом, в тій же площині, по якій проходить орбіта супутника, на висоті близько 4100 кілометрів. І ось тут виникли проблеми.
Cheops на роботі: погляд художника / ©ATG, ESA
Річ у тім, що 4100 кілометрів — це близько 7,4 радіуса самої карликової планети. Значить, кільце знаходиться за межею Роша, який обмежує мінімальну висоту орбіт небесних тіл, що обертаються разом. На цій висоті гравітаційні сили, що утримують супутник в цілості, приблизно рівні приливним силам, які деформують його і норовлять розірвати на шматки. Якщо орбіта проходить вище межі Роша, супутник може спокійно існувати, якщо нижче — руйнується, утворюючи кільце.
Але кільце Квавара знаходиться за цією межею. Можливо, саме зараз речовина кільця збирається в супутник. Тоді спостереження стало неймовірною удачею, оскільки такий процес займає зовсім небагато часу. Як показали розрахунки, у випадку Квавара — це буквально десятки років. В іншому випадку, за словами вчених, «необхідно переглянути уявлення про межу Роша».
Ймовірно, варто уточнити процес взаємодії частинок, які складають кільце або супутник. Якщо їх зіткнення більш еластичні, ніж заведено думати (наприклад, через екстремально низьких температур), то це може ускладнювати формування супутника навіть на висотах більше межі Роша. Інший варіант, озвучений Моргадо і його співавторами, припускає, що приливні сили, які виникають при русі частинок в гравітаційному полі Квавара, сильніше, ніж передбачає грубий розрахунок. Таке цілком можливо, якщо форма карликової планети далека від сферичної і її обертання навколо своєї осі створює регулярні збурення гравітаційного поля