Cheops de l’ESA troba un anell inesperat al voltant del planeta nan Quaoar

Com observar objectes llunyans al Sistema Solar

L’anell es va descobrir mitjançant una sèrie d’observacions que van tenir lloc entre el 2018 i el 2021. Utilitzant una col·lecció de telescopis terrestres i el telescopi espacial Keops, els astrònoms van veure com Quaoar es creuava davant d’una successió d’estrelles llunyanes, bloquejant breument. apagar la seva llum mentre passava.

Aquest esdeveniment es coneix com a ocultació. L’observació de com cau la llum de l’estrella oculta proporciona informació sobre la mida i la forma de l’objecte oculta, i pot revelar si l’objecte intervingut té atmosfera o no. En aquest cas, gotes més petites abans i després de l’ocultació principal van trair la presència de material en òrbita al voltant de Quaoar.

Quaoar forma part d’una col·lecció de mons petits i llunyans coneguts com a objectes transneptunians (TNO). Se’n coneixen aproximadament 3000. Com el seu nom indica, els TNO es troben als confins exteriors del Sistema Solar, més enllà de l’òrbita del planeta Neptú. Els TNO més grans són Plutó i Eris. Amb un radi estimat de 555 km, Quaoar ocupa el lloc número set a la llista de mides i està orbitada per una petita lluna anomenada Weywot, d’uns 80 km de radi.

Estudiar aquests planetes nans és difícil a causa de les seves petites mides i distàncies extremes. Quaoar mateix orbita al voltant del Sol a gairebé 44 vegades la distància Sol-Terra. Per tant, les ocultacions són eines especialment valuoses. Fins fa poc, però, era difícil predir amb exactitud quan i on tindran lloc.

Perquè es produeixi una ocultació, l’alineació entre l’objecte oculta (aquí el TNO), l’estrella i el telescopi d’observació ha de ser extremadament precisa. En el passat, era gairebé impossible complir amb els estrictes requisits de precisió per estar segur de veure un esdeveniment. No obstant això, per perseguir aquest objectiu es va crear el projecte Lucky Star del Consell Europeu de Recerca, coordinat per Bruno Sicardy, Universitat de la Sorbona i Observatori de París – PSL (LESIA), per predir les properes ocultacions per part dels TNO i per coordinar l’observació d’aquests esdeveniments des de observatoris professionals i amateurs arreu del món.

Alineació precisa

Recentment, el nombre d’ocultacions estel·lars observades ha augmentat. En gran part, això es deu a la contribució de dades de la missió de mapeig estel·lar Gaia de l’ESA. La nau espacial ha proporcionat una precisió tan impressionant en les seves posicions estel·lars que les prediccions fetes per l’equip de Lucky Star s’han tornat molt més certes.

Una de les persones implicades en el projecte Lucky Star és Isabella Pagano, de l’Observatori Astrofísic de Catània, Itàlia, de l’INAF, i membre de la Junta de Cheops. Isabella va ser contactada per Kate Isaak, científica del projecte de l’ESA per a la missió Keops, que tenia curiositat per saber si el telescopi espacial també seria capaç de captar una ocultació.

“Era una mica escèptic sobre la possibilitat de fer això amb CHEOPS”, admet Isabella, “però vam investigar la viabilitat”.

El problema principal va ser que la trajectòria del satèl·lit es pot modificar lleugerament a causa de l’arrossegament a les parts superiors de l’atmosfera terrestre. Això es deu a l’activitat solar imprevisible que pot colpejar el nostre planeta i inflar la seva atmosfera.

De fet, la primera vegada que l’equip va intentar observar una ocultació amb Keops, que implicava Plutó, la predicció no va ser prou precisa i no es va poder observar cap ocultació.

L’alineació va ser més favorable en el segon intent, però, quan van observar Quaoar. En fer-ho, van fer la primera detecció d’una ocultació estel·lar per part d’un objecte transneptunià des de l’espai.

Posa-hi un anell

“Les dades de Cheops són sorprenents pel que fa al senyal a soroll”, diu Isabella. El senyal a soroll és una mesura de la intensitat del senyal detectat respecte al soroll aleatori del sistema. Keops dóna un gran senyal al soroll perquè el telescopi no mira a través dels efectes de distorsió de l’atmosfera inferior de la Terra.

Aquesta claredat va resultar decisiva per reconèixer el sistema d’anells de Quaoar perquè va permetre als investigadors eliminar la possibilitat que les gotes de llum fossin causades per un efecte espúri a l’atmosfera terrestre. En combinar diverses deteccions secundàries, preses amb telescopis a la Terra, es va poder assegurar que eren causades per un sistema d’anells que envoltava Quaoar.

Bruno Morgado, de la Universitat Federal de Rio de Janeiro, Brasil, va dirigir l’anàlisi. Va combinar les dades de Cheops amb les de grans observatoris professionals d’arreu del món i de científics ciutadans aficionats, tots els quals havien observat diverses estrelles ocultes de Quaoar durant els últims anys. “Quan ho vam posar tot junt, vam veure caigudes de brillantor que no van ser provocades per Quaoar, però que apuntaven a la presència de material en una òrbita circular al seu voltant. En el moment que vam veure que vam dir: “D’acord, estem veient un anell al voltant de Quaoar”.

Quan es tracta de sistemes d’anells, el planeta gegant Saturn té la corona. Conegut com el planeta anellat, Saturn compta amb una col·lecció de pols i petites llunes que envolten l’equador del planeta. Tot i ser una visió d’observació impressionant, la massa del sistema d’anells és força petita. Si es recollia, faria entre un terç i la meitat de la massa de la lluna de Saturn Mimas, o aproximadament la meitat de la plataforma de gel antàrtica de la Terra.

L’anell de Quaoar és molt més petit que el de Saturn, però no menys intrigant. No és l’únic sistema d’anells conegut que existeix al voltant d’un planeta nan o menor. Dos altres, al voltant de Chariklo i Haumea, s’han detectat mitjançant observacions a terra. El que fa que l’anell de Quaoar sigui únic, però, és on es troba en relació amb el mateix Quaoar.

El límit de Roche

Qualsevol objecte celeste amb un camp gravitatori apreciable tindrà un límit dins del qual un objecte celeste que s’acosta serà tirat a trossos. Això es coneix com el límit de Roche. S’espera que hi hagi sistemes d’anells densos dins del límit de Roche, que és el cas de Saturn, Chariklo i Haumea.

“Llavors, el que és tan intrigant d’aquest descobriment al voltant de Quaoar és que l’anell de material està molt més lluny que el límit de Roche”, diu Giovanni Bruno, de l’Observatori Astrofísic de Catània de l’INAF, Itàlia.

Això és un misteri perquè, segons el pensament convencional, els anells més enllà del límit de Roche s’uniran en una petita lluna en poques dècades. “Com a resultat de les nostres observacions, la noció clàssica que els anells densos només sobreviuen dins del límit de Roche d’un cos planetari s’ha de revisar a fons”, diu Giovanni.

Els primers resultats suggereixen que les temperatures fredes a Quaoar poden tenir un paper important per evitar que les partícules gelades s’enganxin, però calen més investigacions.

“Les observacions de Cheops han jugat un paper clau a l’hora d’establir la presència d’un anell al voltant de Quaoar, en una aplicació de fotometria d’alta precisió i alta cadència que va més enllà de la ciència exoplaneta més típica de la missió”, diu Kate.

Mentre els teòrics treballen sobre com poden sobreviure els anells de Quaoar, el projecte Lucky Star continuarà mirant Quaoar i altres TNO mentre oculten estrelles llunyanes per mesurar les seves característiques físiques i veure quants altres també tenen sistemes d’anells.

I Keops tornarà a la seva missió original d’estudiar exoplanetes propers.

Nota per als editors
“Un anell dens al voltant de l’objecte transneptunià (50000) Quaoar ben fora del seu límit de Roche” de BE Morgado et al., es publica a Naturalesa. DOI: 10.1038/s41586-022-05629-6

Més informació sobre Keops
Cheops és una missió de l’ESA desenvolupada en col·laboració amb Suïssa, amb un consorci dedicat liderat per la Universitat de Berna, i amb importants contribucions d’Àustria, Bèlgica, França, Alemanya, Hongria, Itàlia, Portugal, Espanya, Suècia i el Regne Unit.

L’ESA és l’arquitecte de la missió Cheops, responsable de l’adquisició i prova del satèl·lit, la fase de llançament i operacions primerenques i la posada en marxa en òrbita, així com del Programa d’observadors convidats a través del qual els científics de tot el món poden sol·licitar observar amb Cheops. El consorci d’11 estats membres de l’ESA liderat per Suïssa va proporcionar elements essencials de la missió. El contractista principal del disseny i construcció de la nau espacial és Airbus Defence and Space a Madrid, Espanya.

El consorci de missió Cheops gestiona el Centre d’Operacions de Missió situat a l’INTA, a Torrejón de Ardoz, prop de Madrid, Espanya, i el Centre d’Operacions Científics, situat a la Universitat de Ginebra, Suïssa.

Per a més informació, visiteu: https://www.esa.int/Cheops

Per a més informació, poseu-vos en contacte amb:
Relacions amb els mitjans de l’ESA
Correu electrònic: media@esa.int