On yıllar boyunca gök bilimciler, halkaların sadece dev gezegenlere özgü bir özellik olduğunu düşünüyordu. Bu düşünce 2013'te değişti. Satürn ve Uranüs arasında yörüngede dönen küçük, karanlık bir cisim bir yıldızın önünden geçerken, ana olay sırasında her iki yanında iki kez kararıp tekrar aydınlanarak, çapı yalnızca 250 kilometre olan bir cismin etrafında iki dar halka olduğunu ortaya çıkardı. İspanya'nın Granada kentindeki Endülüs Astrofizik Enstitüsü'nden gök bilimci Pablo Santos-Sanz, "Bu bir sürprizdi," diyor. O zamandan beri, bu tür halkaların neyden yapıldığı ve ne kadar süreyle var olabileceği sorusu akılları kurcalıyor.
Yakın zamanda yapılan bir çalışmada Santos-Sanz ve meslektaşları, Chariklo olarak bilinen bu cismin tekrar bir arka plan yıldızının önünden geçişini James Webb Uzay Teleskobu ile izlediler. Gözlemler, halkalarından birinin daha yoğun hale geldiğini, diğerinin ise neredeyse yok olduğunu gösterdi. Bunun tam olarak nedenini henüz bilmiyoruz.
Bir Yıldızı Gölgelemek
Gözlemin arkasındaki teknik oldukça basit. Santos-Sanz, "Güneş Sistemi'ndeki bir cismin bir yıldızın önünden geçeceği anı tahmin ediyoruz," diye açıklıyor. Bu sırada yıldız ışığı anlık olarak zayıflar ve bu sönümlenmenin şekli, olaya neden olan cismin boyutunu, şeklini ve çevresini ortaya çıkarır. Santos-Sanz, "Bu, küçük gök cisimleri için özellikle zorlu, uzak küçük gök cisimleri içinse daha da zorlu bir yöntem," diye ekliyor.
Zorluğun nedeni, gök cisminin gökyüzündeki siluetinin son derece küçük olması ve ne zaman belirli bir yıldızın önünden geçeceğini bilmek için hem cismin hem de yıldızın son derece hassas konum verilerine ihtiyaç duyulmasıdır. Yine de, 2013'te yer tabanlı teleskoplar kullanarak Chariklo'nun C1R ve C2R olarak adlandırılan iki halkasını ayırt edebildik. Bu halkalar, cismin merkezinden sırasıyla 390 ve 405 kilometre uzakta bulunuyordu, sadece birkaç kilometre genişliğindeydi ve aralarında yaklaşık 7 kilometrelik bir mesafe vardı.
Ancak bu işlemi uzay tabanlı bir teleskopla gerçekleştirmek, hizalamayı önemli ölçüde zorlaştırıyor. JWST, L2 Lagrange noktası'nda bulunuyor ve kontrolörlerin yörüngesini sabit tutmak için teleskobu birkaç haftada bir ayarlaması gerekiyor. Santos-Sanz, "Bu oldukça zorlu bir görev," diyor. Ekibi, Ağustos 2022'de olası bir Chariklo örtülmesini tespit etti ve her hafta tahminleri yeniden yaptı. İlk tahmin ile son tahminlerden biri arasında, öngörülen görüş hattı yaklaşık 110 kilometre kaydı; bu da cismi tamamen ıskalamak için yeterliydi. Ne yazık ki, JWST'nin bu tür gözlemleri en az 14 gün önceden planlanması gerekiyor.
Santos-Sanz, "Bu işlemi belki biraz körlemesine yaptık, çünkü görüş hattının tam olarak nerede olacağını bilmiyorduk," diye itiraf ediyor. "Uzaydaki en büyük, en iyi teleskoplardan birini hareket ettireceğim ama sonunda bunu yakalayıp yakalayamayacağımızı bilmiyordum." Ancak tüm çabalar meyvesini verdi.
Örtülme olayı 18 Ekim 2022'de gerçekleşti. Yeniden yapılandırılan geometrik verilere göre, JWST'nin arka plan yıldızına olan görüş hattı Chariklo'nun yüzeyinden 7.4 kilometre yukarıdan geçti ve cismi ıskalayarak halkalarını yakaladı.
Kalınlaşan Halka
JWST, olayı eş zamanlı olarak iki yakın kızılötesi bantta, 1.5 ve 3.2 mikrometre dalga boylarında kaydetti. Bu sayede, Dünya atmosferinin yer tabanlı teleskoplar için ulaşılmaz kıldığı 3 mikrometre ötesindeki bir bantta küçük bir gök cisminin halkalarının ilk kez gözlemlenmesi sağlandı.
İçteki halka, belirgin kenarlarıyla şüpheye yer bırakmayacak şekilde göründü, ancak eskisinden çok daha koyuydu. Yaklaşık 10 önceki yer tabanlı örtülme verilerinin ortalaması alındığında, C1R halkasının normal opaklığı (yıldız ışığını engelleme oranı) 0.303 idi. JWST ise bunu 0.431 olarak ölçtü. Santos-Sanz, "Başlangıçta buna inanmadık, bu yüzden verilerle çok tartıştık," dedi.
En basit açıklama geometriydi. Halkalar her zaman homojen olmayabilir ve JWST basitçe daha yoğun bir kümeyi kesmiş olabilir. Bu senaryoyu dışlamak için ekip, dalgalı bir halka modeli oluşturdu ve 10 milyon simüle edilmiş örtülme gerçekleştirdi. JWST'nin kaydettiği kadar yüksek bir opaklığı yeniden üretme olasılığı, 1.5 mikrometrede yaklaşık binde bir, 3.2 mikrometrede ise on binde dört olarak çıktı; bu da tek bir ölçüm için geçerliydi. Teleskop, içeri girerken ve çıkarken halkayı iki kez yakaladığı için bu olasılıklar daha da düştü.
Santos-Sanz, içteki halkanın muhtemelen kalınlaştığı sonucuna vardı. Aynı zamanda, dıştaki halka tam tersini yaptı.
Solan Halka
C2R halkası 1.5 mikrometrede zar zor fark edildi ve 3.2 mikrometrede hiç görünmedi; teleskop aynı anda her iki bantta da aynı halka bölümünü kaydediyordu. Santos-Sanz, "Başlangıçta ışık eğrisinde dış halkayı göremedik bile," dedi. "Modelleri kullanmak zorunda kaldık. Gerçekten zar zor görünürdü, bu yüzden 'Burada neler oluyor?' dedik."
Ekip iki olası açıklama buldu. Birincisi, JWST'nin, neredeyse hiç örtülme kaydı yapılmamış dalga boylarına bakması durumunda, kızılötesinde ışığı farklı şekilde saçan tanecikleri görmesi. Diğeri ise, halkaların gerçekten fiziksel olarak değişmiş olmasıdır. Santos-Sanz, radyatif transfer modellerinin ikinci ihtimali desteklediğini savunuyor. Eski görünür ışık gözlemleri, buz ve silikat karışımıyla uyumluydu, ancak JWST verileri eklendiğinde, malzemelerin ve tanecik boyutlarının hiçbir kombinasyonu teleskobun gördüklerini açıklayamadı.
Santos-Sanz, "Halkaların zamanla gerçek bir evrimine tanık oluyoruz," dedi. "Tabii ki bu kesin değil, ancak benim tercihim bu açıklama. Dahası, bu evrim muhtemelen sadece solan dış halkadan iç halkaya malzeme göçü şeklinde olmadı. Eşdeğer genişlik olarak ölçüldüğünde, iç halka dış halkanın kaybettiğinden yaklaşık 10 kat daha fazla kazanım gösterdi."
Santos-Sanz, "Ekstra malzemenin nereden geldiğini bilmiyoruz, ancak bazı hipotezler var," diye ekledi.
Hayalet Ay
Santos-Sanz'a göre önde gelen açıklama, dış halkanın yörüngesini paylaşan küçük bir bekçi uydu. Böyle bir cisim, halkaların stabilitesini ve keskin kenarlarını açıklayabilir ve ayrıca C1R'yi besleyen döküntüleri bırakabilir. "Bu uydu, eğer varsa, henüz tespit edilmedi," dedi Santos-Sanz.
JWST verilerine dayanan bir bilgisayar modeli de iki halkanın neyden yapıldığına dair ipuçları veriyor. Ancak Santos-Sanz, bu çalışmanın henüz tamamlanmadığını açıkça belirtiyor. "Bu modelden sonraki hissimiz, iç halkanın dış halkadan daha büyük parçacıklardan oluşması gerektiği yönünde. Dış halkanın ise daha tozlu olduğunu düşünüyoruz," dedi. "Ancak bu devam eden bir çalışma. Kesin olarak şunu söyleyemem, evet, bu tozlu, bu değil."
Ekip, en iyi testin, bu sefer görünür ışık kullanarak başka bir Chariklo örtülmesini yakalamak olacağını savunuyor. Bu, gerçek değişimi dalga boyu etkisinden ayıracaktır. "Yeni örtülmeler arıyoruz," dedi Santos-Sanz. Küçük cisimlerin etrafındaki halkaların zamanla nasıl evrimleştiğini anlamanın önemli olduğunu açıklıyor, çünkü Chariklo bu halkalara sahip tek cisim değil.
Şu anda Chariklo ile aynı kategorideki Chiron, cüce gezegen Haumea ve Neptün ötesi cisim Quaoar gibi başka cisimlerin etrafında da halkalar olduğu biliniyor. Dev gezegen halkalarının aylar ve yıllar içinde kaydığı biliniyor; Satürn'ün D halkası ölçülebilir şekilde küçüldü ve Neptün'ün Adams yayları yeniden düzenleniyor. Şimdi küçük cisimlerin de bunu yaptığı ortaya çıkıyor.
Santos-Sanz, "Sanırım bu çalışma bulmacanın sadece bir parçası, ancak küçük cisimler ve dev gezegenler etrafındaki halkalarla ilgili daha geniş araştırmalar için önemli bir ipucu olabilir," diye ekledi.
