Als we aan ringsystemen denken, komen natuurlijk planeten als Saturnus in ons op. De prachtige ringen zijn zeker de meest bekende, maar ze zijn niet de enige planeet in ons zonnestelsel die ze heeft. Als de Voyager missies gedemonstreerd, elke planeet in het buitenste zonnestelsel - van Jupiter tot Neptunus - heeft zijn eigen systeem van ringen. En in de afgelopen jaren hebben astronomen ontdekt dat zelfs bepaalde kleine planeten - zoals de Centaur-asteroïden 10199 Chariklo en 2006 Chiron - ze ook hebben.
Dit was een nogal verrassende vondst, aangezien deze objecten zulke chaotische banen hebben. Aangezien hun paden door het zonnestelsel vaak worden veranderd door de krachtige zwaartekracht van gasreuzen, hebben astronomen zich natuurlijk afgevraagd hoe een kleine planeet een systeem van ringen zou kunnen behouden. Maar dankzij een team van onderzoekers van de Sao Paulo State University in Brazilië zijn we misschien dicht bij het beantwoorden van die vraag.
In een onderzoek getiteld "The Rings of Chariklo Under Close Encounters With The Giant Planets", dat onlangs verscheen in The Astrophysical Journal, legden ze uit hoe ze een model van het zonnestelsel construeerden waarin 729 gesimuleerde objecten waren verwerkt. Al deze objecten waren even groot als Chariklo en hadden hun eigen ringensysteem. Vervolgens gingen ze na hoe de interactie met de gasreus hen beïnvloedde.
Om het op te splitsen, Centauren zijn een populatie van objecten binnen ons zonnestelsel die zich gedragen als kometen en asteroïden (vandaar dat ze vernoemd zijn naar de hybride beesten uit de Griekse mythologie). 10199 Chariklo is het grootste bekende lid van de Centaur-populatie, een mogelijk voormalig Trans-Neptuniaans Object (TNO) dat momenteel tussen Saturnus en Uranus cirkelt.
De ringen rond deze asteroïde werden voor het eerst opgemerkt in 2013 toen de asteroïde een stellaire verduistering onderging. Hieruit bleek een systeem van twee ringen, met een straal van respectievelijk 391 en 405 km en breedtes van ongeveer 7 km 3 km. De absorptiekenmerken van de ringen lieten zien dat ze gedeeltelijk waren samengesteld uit waterijs. In dit opzicht leken ze veel op de ringen van Jupiter, Saturnus, Uranus en de andere gasreuzen, die grotendeels uit waterijs en stof bestaan.
Dit werd gevolgd door bevindingen uit 2015 die erop wezen dat Chiron, een andere grote Centaur, in 2006 een eigen ring zou kunnen hebben. Dit leidde tot verdere speculatie dat er mogelijk veel kleinere planeten in ons zonnestelsel zijn die een systeem van ringen hebben. Dit was natuurlijk een beetje verwarrend voor astronomen, aangezien ringen kwetsbare structuren zijn waarvan werd gedacht dat ze exclusief waren voor de gasreuzen van ons Systeem.
Professor Othon Winter, de hoofdonderzoeker van het Sao Paulo-team, vertelde Space Magazine via e-mail:
'In het begin was het een verrassing om een Centaur met ringen te vinden, aangezien de Centaurs chaotische banen hebben die tussen de gigantische planeten ronddwalen en vaak dichtbij elkaar komen. We hebben echter aangetoond dat het ringsysteem in de meeste gevallen alle korte ontmoetingen met de reuzenplaneten kan overleven. Daarom komen Centauren met ringen veel vaker voor dan we eerder dachten. '
Omwille van hun studie, overwogen Winter en zijn collega's de banen van 729 gesimuleerde klonen van Chariklo terwijl ze in een baan van 100 miljoen jaar om de zon cirkelden. Hieruit ontdekten Winter en zijn collega's dat elke Centaur gemiddeld ongeveer 150 nabije ontmoetingen had met een gasreus, binnen een heuvelstraal van de planeet in kwestie. Zoals Winter het beschreef:
'Het onderzoek is in twee stappen uitgevoerd. Eerst hebben we een set van meer dan 700 klonen van Chariklo overwogen. De klonen hadden aanvankelijke trajecten die enigszins verschilden van Chariklo voor statistische doeleinden (aangezien we te maken hebben met chaotische trajecten) en rekenden hun orbitale evolutie vooruit in de tijd (om hun toekomst te zien) en ook achteruit in de tijd (om hun verleden te zien). Tijdens deze simulaties hebben we de informatie gearchiveerd van alle nabije ontmoetingen (vele duizenden) die ze hadden met elk van de gigantische planeten. ”
“In de tweede stap voerden we simulaties uit van elk van de close encounters uit de eerste stap, maar nu inclusief een schijf deeltjes rond Chariklo (die de ringdeeltjes vertegenwoordigt). Vervolgens analyseerden we aan het einde van elke simulatie wat er met de deeltjes gebeurde. Welke werden verwijderd uit Chariklo (ontsnapte aan het zwaartekrachtveld)? Welke waren sterk verstoord (draaien nog steeds rond Chariklo)? Welke hadden geen significant effect? '
Uiteindelijk toonden de simulaties aan dat in 90 procent van de gevallen de ringen van de Centauren hun nauwe ontmoetingen met gasreuzen overleefden, terwijl ze in 4 procent van de gevallen werden verstoord en slechts 3 procent van de tijd werden weggenomen. Dus concludeerden ze dat als er een efficiënt mechanisme is dat de ringen maakt, het sterk genoeg is om Centaurs ze te laten houden.
Meer nog, hun onderzoek lijkt erop te wijzen dat wat als uniek werd beschouwd voor bepaalde planetaire lichamen, misschien wel vaker voorkomt. "Het laat zien dat ons zonnestelsel niet alleen zo complex is of voor grote lichamen", zei Winter, "maar zelfs kleine lichamen kunnen complexe structuren en zelfs een complexere temporele evolutie vertonen."
De volgende stap voor het onderzoeksteam is het bestuderen van ringvorming, wat zou kunnen aantonen dat ze deze in feite zelf oppikken van de gasreuzen. Maar waar ze ook vandaan komen, het wordt steeds duidelijker dat Centaurs zoals 10199 Chariklo niet de enige zijn. Bovendien geven ze hun ringen niet snel op!
