Кільця Харікло оточують кентавр 10199 Харікло, який має діаметр близько 250 км і є другим найменшим небесним об'єктом із підтвердженими кільцями (найменшим є Хірон 2060) і п'ятим небесним об'єктом з кільцями, відкритим у Сонячній системі, після газових гігантів та крижаних гігантів. Навколо Харікло обертається яскрава система кілець, що складається з двох вузьких і щільних смуг, 6–7 км та 2–4 км завширшки, розділених проміжком 9 км. Кільця обертаються на відстані близько 400 км від центра Харікло, що становить тисячну частину відстані між Землею та Місяцем. Кільця відкрила команда астрономів, використовуючи 10 телескопів у різних місцях Аргентини, Бразилії, Чилі та Уругваю в Південній Америці під час спостереження покриття зорі 3 червня 2013 року, а оголосили про відкриття 26 березня 2014 року.

Існування системи кілець навколо малої планети стало несподіванкою, оскільки до того вважали, що кільця можуть бути стабільними лише навколо значно масивніших тіл. Раніше систем кілець навколо малих тіл не знаходили, попри їхні пошуки за допомогою прямого спостереження та методів покриттів. Кільця Харікло мали б розсіятися щонайбільше за кілька мільйонів років, тому вони або дуже молоді, або їх підтримують своїми гравітаційними збуреннями супутники-пастухи з масою, порівнянною з масою самих кілець. Команда дослідників дала кільцям неофіційні назви Ояпок (внутрішнє, щільніше кільце) та Чуї (зовнішнє кільце) на честь двох річок, які утворюють північний і південний прибережні кордони Бразилії.

Відкриття та спостереження

Харікло є найбільшим підтвердженим представником класу малих тіл, відомих як кентаври, які обертаються навколо Сонця між Сатурном та Ураном у зовнішній частині Сонячної системи. Розрахунки показували, що 3 червня 2013 року, якщо спостерігати з Південної Америки, він пройде на тлі зорі UCAC4 248-108672 з видимою зоряною величиною 12,4, розташованої в сузір'ї Скорпіона.

За допомогою тринадцяти телескопів, розташованих в Аргентині, Бразилії, Чилі та Уругваї, команда 64 астрономів із 34 установ у 12 країнах під керівництвом Феліпе Брага-Рібаса, постдока з у Ріо-де-Жанейро, змогла спостерігати це покриття — явище, під час якого зоря зникає за тілом, що її закриває. 1,54-метровий Данський національний телескоп в обсерваторії Ла-Сілья, завдяки значно вищій швидкості отримання даних своєю камерою «Lucky Imager» (10 Гц), став єдиним телескопом, який зміг розрізнити окремі кільця.

Очікувалося, що під час цієї події спостережувана яскравість впаде з 14,7 (зоря + Харікло) до 18,5 (лише Харікло) зоряної величини на щонайбільше 19,2 секунди. Таке збільшення на 3,8 зоряної величини еквівалентне зменшенню яскравості в 32,5 раза. Головна подія покриття супроводжувалася чотирма додатковими невеликими спадами загальної інтенсивності кривої блиску, які дослідники зафіксували за сім секунд до початку покриття та через сім секунд після його завершення. Ці вторинні покриття вказували на те, що щось частково блокувало світло зорі. Симетрія вторинних покриттів і численні спостереження події з різних місць допомогли реконструювати не лише форму та розмір об'єкта, але й товщину, орієнтацію та розташування площин кілець. Відносно узгоджені властивості кілець, виведені з кількох спостережень вторинних покриттів, спростовують альтернативні пояснення цих утворень, як-от виділення газів, подібне до кометного.

Серед телескопів, які спостерігали покриття, були Данський національний телескоп та оглядовий телескоп TRAPPIST в (Обсерваторія Ла-Сілья), (Серро-Тололо), бразильський (), 0,45-метровий телескоп ASH (Серро-Бурек), а також телескопи обсерваторії , Астрономічного полюса імені Казіміро Монтенегро Фільйо (у Фонді технологічного парку Ітайпу, Фос-ду-Ігуасу), обсерваторії Папського католицького університету Чилі (Санта-Мартіна, Чилі) та кілька телескопів на , якою керує Національний університет Кордови. Відсутність покриття зафіксували Обсерваторія Ель-Каталехо (Санта-Роса, Ла-Пампа, Аргентина), 20-дюймовий телескоп Planewave (частина мережі Searchlight Observatory Network) у Сан-Педро-де-Атакама, Чилі, та інструмент OALM в в Уругваї. Також участь у спостереженнях брали телескопи Національної обсерваторії в Ріо-де-Жанейро, (при Федеральному університеті Ріо-де-Жанейро), обсерваторії (у штаті Парана), (у Мінас-Жерайс) та Університету штату Сан-Паулу (UNESP — Гуаратінгета) у Сан-Паулу.

18 жовтня 2022 року інструмент NIRCam на борту космічного телескопа Джеймса Вебба використали для спостереження за покриттям зорі Gaia DR3 6873519665992128512 кільцями Харікло; він зафіксував характерне подвійне зменшення яскравості зорі, коли кільця перекрили її світло у двох точках.

Властивості

Орієнтація кілець узгоджується з тим, що у 2008 році із Землі їх було видно з ребра: це пояснює спостережуване тьмянішання Харікло в 1,75 раза між 1997 і 2008 роками, а також поступове зникнення водяного льоду та інших матеріалів із його спектра через зменшення видимої площі поверхні кілець. Із цією орієнтацією з ребра узгоджується й те, що з 2008 року яскравість системи Харікло знову зросла в 1,5 раза, а в інфрачервоному спектрі знову з'явилися ознаки водяного льоду. Це свідчить про те, що кільця принаймні частково складаються з водяного льоду. Крижаний склад кілець також відповідає очікуваній густині зруйнованого тіла в межах межі Роша Харікло.

Спектральні моделі показують, що склад кілець відрізняється від складу самого Харікло. Тоді як кільця містять значну частку водяного льоду (до 20 %), змішаного із силікатами та органічними речовинами, поверхня Харікло здається майже позбавленою водяного льоду; на ній переважають аморфний вуглець, силікати та органіка. Це підтверджує припущення, що спостережувані спектральні ознаки водяного льоду походять переважно з кілець

+ Кільця Харікло Назва Неофіційна назва Радіус орбіти (км) Ширина (км) Ексцентриситет Нормальна оптична товщина Поверхнева густина (г/см2) Еквівалентний за масою діаметр (км) Пряме піднесенняполюса Схилення полюса Відстань між кільцями (км) C1R Ояпок від 4,8 до 9,1 від 0,005 до 0,022 0,4 (у середньому) 30–100 ~2 + C2R Чуї від 0,1 до 1 <0,017 >0,1 ? ~1 +

Внутрішнє кільце (2013C1R, або Ояпок)

Спостереження показали, що еквівалентна товщина (параметр, пов'язаний із загальною кількістю матеріалу в кільці з урахуванням геометрії спостереження) кільця C1R змінювалася на 21 % протягом періоду спостереження. Подібні асиметрії спостерігалися під час покриттів вузькими кільцями Урана; вони можуть бути наслідком резонансних коливань, які модулюють ширину та оптичну товщину кілець. Оцінена поверхнева густина C1R становить 30–100 г/см2.

Зовнішнє кільце (2013C2R, або Чуї)

Кільце C2R вдвічі вужче за яскравіше кільце й розташоване відразу за ним, на відстані близько 14 км. Маючи оптичну товщину близько 0,06, воно значно розрідженіше за свого компаньйона. Загалом його маса становить приблизно дванадцяту частину маси C1R.

Походження

Походження кілець невідоме, але, ймовірно, обидва вони є залишками диска уламків. Він міг утворитися внаслідок удару по Харікло, зіткнення з одним або кількома супутниками (чи між ними), припливного руйнування ретроградного супутника, або ж із матеріалу, викинутого з поверхні через кометну активність чи обертальне руйнування. Якщо кільця утворилися через зіткнення з Харікло, об'єкт мав ударити на низькій швидкості, щоб частинки кілець не викинуло за межі сфери Гілла Харікло.

Швидкість зіткнень у зовнішній частині Сонячної системи зазвичай становить ≈ 1 км/с (порівняно з другою космічною швидкістю на поверхні Харікло ≈ 0,1 км/с). Це підтверджує припущення, що кільця сформувалися в поясі Койпера до того, як Харікло перейшов на свою нинішню орбіту менш ніж 10 млн років тому. У поясі астероїдів швидкості зіткнень значно вищі (≈ 5 км/с), що може пояснити відсутність таких кілець у малих тіл у цьому регіоні. Зіткнення між частинками кілець призвели б до значного їх розширення, а ефект Пойнтінга — Робертсона змусив би ці частинки впасти на центральне тіло протягом кількох мільйонів років. Отже, необхідне або активне джерело нових частинок, або динамічне утримання кілець невеликими (кілометровими) вбудованими супутниками чи супутниками-пастухами, які ще належить відкрити. Виявити такі супутники шляхом прямого спостереження із Землі було б дуже складно через малу радіальну відстань між системою кілець і Харікло.

Моделювання Оскільки Харікло є другим найменшим відомим небесним тілом із власною системою кілець, він та його кільця стали першими об'єктами, які повністю змоделювали за допомогою чисельного розв'язання задачі N тіл. Допущення моделювання полягали в тому, що мала планета та частинки кілець є сферичними, а всі частинки мають однаковий радіус від 2,5 до 10 м. Залежно від параметрів, моделювання включало від 21 до 345 мільйонів частинок, які взаємодіяли між собою через гравітацію та зіткнення. Метою симуляцій було оцінити, за яких умов кільця залишаються стабільними, тобто не злипаються в кілька більших тіл.

Перший висновок із результатів моделювання полягає в тому, що густина Харікло має перевищувати густину речовини кілець, просто щоб утримати їх на орбіті. По-друге, для всіх протестованих радіусів частинок і просторових густин кілець речовина злипалася за відносно короткий час. Автори пропонують три основні пояснення: частинки кілець значно менші (близько 1 см), ніж передбачалося в моделюванні; кільця дуже молоді (їм менше 100 років); у системі існує відносно масивне, ще не виявлене тіло, яке виконує роль супутника-пастуха. Вони також зазначили, що вплив деяких припущень, наприклад, повної відсутності ексцентриситету кілець, не оцінювався.

Коментарі

Примітки

Посилання

Universidad Católica Observatory