Wissenschaftler weisen erstmals nach, dass sich die beiden Ringe eines kleinen Himmelskörpers im Sonnensystem verändern

Bis vor etwas mehr als einem Jahrzehnt ging man davon aus, dass Ringsysteme ausschließlich bei den Riesenplaneten des Sonnensystems wie Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun vorkommen. Im Jahr 2013 gesellte sich jedoch ein kleiner Himmelskörper mit einem Durchmesser von gerade einmal 250 Kilometern, der sich in einer Entfernung befindet, die fast dem 17-fachen der Entfernung zwischen Erde und Sonne entspricht, zu dieser kleinen Gruppe. Es handelt sich um Chariklo, einen kleinen Himmelskörper, der zwischen Saturn und Uranus umläuft und um den zwei dichte Ringe entdeckt wurden.

Am 18. Oktober 2022 leitete das Institut für Astrophysik von Andalusien (IAA-CSIC) leitete die Beobachtung mit dem James-Webb-Weltraumteleskop (JWST), um die Ringe von Chariklo mithilfe einer Sternbedeckung zu untersuchen – einer Technik, bei der die Abschwächung des Sternenlichts gemessen wird, wenn das Objekt vor dem Stern vorbeizieht. Nun belegt eine neue Studie, die in Science Advances veröffentlicht wurde und ebenfalls vom IAA-CSIC geleitet wurde, erstmals, dass das Ringsystem von Chariklo Veränderungen innerhalb von Zeiträumen von nur wenigen Jahren erfahren hat.

„Der Vergleich der JWST-Beobachtungen mit denen, die während anderer Sternbedeckungen im Laufe des letzten Jahrzehnts gewonnen wurden, hat es uns ermöglicht, gegensätzliche Veränderungen in den beiden Ringen zu entdecken: Während der innere Ring eine deutlich höhere Opazität aufweist, ist die Opazität des äußeren Rings geringer“, erklärt Pablo Santos-Sanz, Forscher am IAA-CSIC und Leiter der Studie.

Dieses unerwartete Verhalten deutet darauf hin, dass das Ringsystem von Chariklo dynamisch ist und dass es möglicherweise weitaus komplexeren physikalischen Prozessen unterliegt, als bisher angenommen.

Ein wissenschaftlicher und technologischer Meilenstein

Die Studie stellt zudem einen bedeutenden technologischen Fortschritt dar: Die Sternbedeckung durch Chariklo war die erste Sternbedeckung, die speziell für die Beobachtung mit dem James-Webb-Teleskop vorhergesagt und geplant und von diesem Weltraumteleskop aus erfolgreich durchgeführt wurde.

„Um dies zu erreichen, mussten die Umlaufbahn von Chariklo, die Position des Sterns – dank der Gaia-Mission der ESA – und die Flugbahn des JWST selbst um den Lagrange-Punkt L2, einen Bereich im Weltraum, der etwa 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt in entgegengesetzter Richtung zur Sonne liegt, mit außerordentlicher Genauigkeit bekannt sein. Das JWST umkreist diesen Bereich auf einer Bahn, die regelmäßig durch Wartungsmanöver korrigiert werden muss“, erklärt Yücel Kilic, Postdoktorand am IAA-CSIC und Mitautor der Studie.

Zum Zeitpunkt der Bedeckung bewegte sich Chariklo relativ zum JWST mit einer Geschwindigkeit von nur 2,5 Kilometern pro Sekunde. Diese außergewöhnlich niedrige Relativgeschwindigkeit ermöglichte eine beispiellose räumliche Auflösung für die Untersuchung der Struktur seiner Ringe. Diese Ringe sind so schmal und Chariklo befindet sich so weit entfernt, dass sie nicht direkt fotografiert werden können, nicht einmal mit dem James-Webb-Teleskop selbst oder mit den größten bodengestützten Teleskopen. Sternbedeckungen ermöglichen es, sie indirekt zu untersuchen, indem die kurzen Helligkeitsabfälle eines Sterns gemessen werden, wenn jeder der Ringe vor ihm vorbeizieht.

Veränderungen in den Ringen von Chariklo

Bislang galten die Ringe , die kleine Körper im Sonnensystem umgeben, als relativ stabile Strukturen. Die bei Chariklo festgestellten Veränderungen stellen diese Sichtweise in Frage und deuten darauf hin, dass diese Systeme viel dynamischer sein könnten als erwartet. „Unsere Ergebnisse zwingen dazu, neu zu überdenken, wie sie entstehen, wie sie sich entwickeln und welche Mechanismen ihre Stabilität aufrechterhalten. Die Möglichkeit, diese Veränderungen nachzuweisen, eröffnet neue Perspektiven für das Verständnis der Entwicklung dieser Systeme und möglicherweise auch der anderer Ringsysteme im Sonnensystem“, betont Santos-Sanz. Der physikalische Ursprung der festgestellten Veränderungen bleibt jedoch weiterhin offen: Sie könnten eine zeitliche Entwicklung der Ringe widerspiegeln, Unterschiede im Zusammenhang mit der Verwendung verschiedener Beobachtungsfilter oder eine Kombination beider Effekte.

Das Institut für Astrophysik von Andalusien (IAA-CSIC) hat alle Phasen der Studie geleitet, von der wissenschaftlichen Konzeption des Projekts und der Vorhersage der vom JWST beobachteten Bedeckung durch Chariklo bis hin zur Datenanalyse und der physikalischen Interpretation der Ergebnisse. Das Team des IAA-CSIC hat zudem eine entscheidende Rolle bei der Modellierung der Ringe und bei der statistischen Analyse gespielt, durch die nachgewiesen werden konnte, dass die festgestellten Veränderungen tatsächlich real sind. Die Arbeit wurde in Zusammenarbeit mit Forschern aus Spanien, Brasilien, Frankreich, Ungarn und den Vereinigten Staaten durchgeführt.

Quelle: IAA-CSIC

Artikelreferenz

Pablo Santos-Sanz et al. JWST stellar occultation reveals unexpected changes in Chariklo’s ring system. Science Advances.