Cheops dell'ESA trova un anello inaspettato attorno al pianeta nano Quaoar

Durante una pausa dall'osservazione dei pianeti attorno ad altre stelle, la missione caratteristica ExOPlanet Satellite (Cheops) dell'ESA ha osservato un pianeta nano nel nostro Sistema Solare e ha dato un contributo decisivo alla scoperta di un denso anello di materiale attorno ad esso.

Il pianeta nano è noto come Quaoar. La presenza di un anello a una distanza di quasi sette volte e mezzo il raggio di #Quaoar, apre agli astronomi un mistero da risolvere: perché questo materiale non si è fuso in una piccola luna?

Come osservare oggetti distanti nel Sistema Solare L'anello è stato scoperto attraverso una serie di osservazioni avvenute tra il 2018 e il 2021. Usando una collezione di telescopi terrestri e il telescopio spaziale Cheope, gli astronomi hanno osservato Quaoar attraversare una successione di stelle lontane, bloccando brevemente fuori la loro luce mentre passava.

Tale evento è noto come occultazione. Osservare come cade la luce della stella occultata fornisce informazioni sulle dimensioni e sulla forma dell'oggetto occultante e può rivelare se l'oggetto intermedio ha o meno un'atmosfera. In questo caso, gocce più piccole prima e dopo l'occultazione principale hanno tradito la presenza di materiale in orbita attorno a Quaoar.

Quaoar fa parte di una raccolta di piccoli mondi distanti noti come oggetti transnettuniani (TNO). Se ne conoscono circa 3000. Come suggerisce il nome, i TNO si trovano nella parte esterna del Sistema Solare, oltre l'orbita del pianeta Nettuno. I più grandi dei TNO sono Plutone ed Eris. Con un raggio stimato di 555 km, Quaoar si colloca intorno al numero sette nell'elenco delle dimensioni ed è orbitato da una piccola luna chiamata Weywot, di circa 80 km di raggio.

Studiare questi pianeti nani è difficile a causa delle loro piccole dimensioni e delle loro distanze estreme. Lo stesso Quaoar orbita attorno al Sole a quasi 44 volte la distanza Sole-Terra. Quindi, le occultazioni sono strumenti particolarmente preziosi. Fino a poco tempo fa, tuttavia, era difficile prevedere esattamente quando e dove si sarebbero svolti.

Affinché si verifichi un'occultazione, l'allineamento tra l'oggetto occultante (qui il TNO), la stella e il telescopio osservatore deve essere estremamente preciso. In passato, era quasi impossibile soddisfare i severi requisiti di accuratezza per essere certi di vedere un evento. Tuttavia, per perseguire questo obiettivo, è stato creato il progetto Lucky Star del Consiglio europeo della ricerca, coordinato da Bruno Sicardy, Università della Sorbona e Osservatorio di Parigi - PSL (LESIA), per prevedere le imminenti occultazioni da parte dei TNO e per coordinare l'osservazione di questi eventi da osservatori professionali e amatoriali in tutto il mondo.

Allineamento preciso Recentemente, il numero di occultazioni stellari osservate è aumentato. In gran parte, ciò è dovuto al contributo dei dati della missione Gaia di mappatura stellare dell'ESA. Il veicolo spaziale ha fornito una precisione così sbalorditiva nelle sue posizioni stellari che le previsioni fatte dal team di Lucky Star sono diventate molto più certe.

Una delle persone coinvolte nel progetto Lucky Star è Isabella Pagano dell'Osservatorio astrofisico INAF di Catania, Italia, e membro del consiglio di amministrazione di Cheops. Isabella è stata contattata da Kate Isaak, Project Scientist dell'ESA per la missione Cheops, che era curiosa di sapere se anche il telescopio spaziale sarebbe stato in grado di catturare un'occultazione.

"Ero un po' scettica sulla possibilità di farlo con CHEOPS", ammette Isabella, "ma abbiamo valutato la fattibilità".

Il problema principale era che la traiettoria del satellite può essere leggermente modificata a causa della resistenza nelle parti superiori dell'atmosfera terrestre. Ciò è dovuto all'imprevedibile attività solare che può colpire il nostro pianeta e gonfiare la sua atmosfera.

In effetti, la prima volta che il team ha tentato di osservare un'occultazione con Cheope, che coinvolgeva Plutone, la previsione non era abbastanza accurata e non è stato possibile osservare alcuna occultazione.

L'allineamento fu più favorevole al secondo tentativo, tuttavia, quando osservarono Quaoar. In tal modo, hanno effettuato il primo rilevamento in assoluto di un'occultazione stellare da parte di un oggetto transnettuniano dallo spazio.

Mettici un anello "I dati di Cheops sono straordinari per rapporto segnale-rumore", afferma Isabella. Il rapporto segnale/rumore è una misura di quanto è forte il segnale rilevato rispetto al rumore casuale nel sistema. Cheope dà un ottimo segnale al rumore perché il telescopio non guarda attraverso gli effetti di distorsione della bassa atmosfera terrestre.

Questa chiarezza si è rivelata decisiva nel riconoscere il sistema di anelli di Quaoar perché ha permesso ai ricercatori di eliminare la possibilità che i cali di luce fossero causati da un effetto spurio nell'atmosfera terrestre. Combinando diversi rilevamenti secondari, effettuati con i telescopi sulla Terra, è stato possibile essere certi che fossero causati da un sistema di anelli che circondava Quaoar.

Bruno Morgado, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Brasile, ha condotto l'analisi. Ha combinato i dati di Cheope con quelli di grandi osservatori professionali in tutto il mondo e scienziati cittadini dilettanti, i quali avevano osservato Quaoar occultare varie stelle negli ultimi anni. “Quando abbiamo messo tutto insieme, abbiamo visto cali di luminosità che non erano causati da Quaoar, ma che indicavano la presenza di materiale in un'orbita circolare attorno ad esso. Nel momento in cui l'abbiamo visto, abbiamo detto: 'Okay, stiamo vedendo un anello intorno a Quaoar.'”

Quando si tratta di sistemi di anelli, il pianeta gigante Saturno detiene la corona. Conosciuto come il pianeta degli anelli, Saturno vanta una collezione di polvere e piccole lune che circondano l'equatore del pianeta. Nonostante sia uno spettacolo osservativo impressionante, la massa del sistema di anelli è piuttosto piccola. Se raccolto, farebbe tra un terzo e la metà della massa della luna di Saturno Mimas, o circa la metà della massa della piattaforma di ghiaccio antartica terrestre.

L'anello di Quaoar è molto più piccolo di quello di Saturno ma non meno intrigante. Non è l'unico sistema di anelli noto per esistere attorno a un pianeta nano o minore. Altri due - intorno a Chariklo e Haumea - sono stati rilevati attraverso osservazioni da terra. Ciò che rende unico l'anello di Quaoar, tuttavia, è dove si trova rispetto a Quaoar stesso.

Il limite di Roche Qualsiasi oggetto celeste con un campo gravitazionale apprezzabile avrà un limite entro il quale un oggetto celeste in avvicinamento verrà fatto a pezzi. Questo è noto come limite di Roche. Si prevede che sistemi di anelli densi esistano all'interno del limite di Roche, come nel caso di Saturno, Chariklo e Haumea.

"Quindi, ciò che è così intrigante di questa scoperta intorno a Quaoar è che l'anello di materiale è molto più lontano del limite di Roche", afferma Giovanni Bruno, Osservatorio astrofisico INAF di Catania, Italia.

Questo è un mistero perché secondo il pensiero convenzionale, gli anelli oltre il limite di Roche si uniranno in una piccola luna entro pochi decenni. "Come risultato delle nostre osservazioni, la nozione classica che gli anelli densi sopravvivono solo all'interno del limite di Roche di un corpo planetario deve essere completamente rivista", dice Giovanni.

I primi risultati suggeriscono che le temperature gelide a Quaoar possono svolgere un ruolo nel prevenire l'adesione delle particelle ghiacciate, ma sono necessarie ulteriori indagini.

"Le osservazioni di Cheops hanno svolto un ruolo chiave nello stabilire la presenza di un anello attorno a Quaoar, in un'applicazione di fotometria ad alta precisione e ad alta cadenza che va oltre la più tipica scienza degli esopianeti della missione", afferma Kate.

Mentre i teorici si mettono al lavoro su come gli anelli Quaoar possono sopravvivere, il progetto Lucky Star continuerà a guardare Quaoar e anche altri TNO mentre occultano stelle lontane per misurare le loro caratteristiche fisiche e vedere quanti altri hanno anche sistemi di anelli.

E Cheops tornerà alla sua missione originale per studiare gli esopianeti vicini.

Nota per i redattori “A dense ring around the trans-Neptunenian object (50000) Quaoar well outside its Roche Limit” di BE Morgado et al., è pubblicato su Nature . DOI: 10.1038/s41586-022-05629-6

Maggiori informazioni su Cheops Cheops è una missione dell'ESA sviluppata in collaborazione con la Svizzera, con un consorzio dedicato guidato dall'Università di Berna e con importanti contributi da Austria, Belgio, Francia, Germania, Ungheria, Italia, Portogallo, Spagna, Svezia e Regno Unito .

L'ESA è l'architetto della missione Cheops, responsabile dell'approvvigionamento e del collaudo del satellite, della fase di lancio e delle prime operazioni e della messa in orbita, nonché del Programma degli osservatori ospiti attraverso il quale gli scienziati di tutto il mondo possono richiedere di osservare con Cheops. Il consorzio di 11 Stati membri dell'ESA guidato dalla Svizzera ha fornito gli elementi essenziali della missione. L'appaltatore principale per la progettazione e la costruzione del veicolo spaziale è Airbus Defence and Space di Madrid, in Spagna.

Il consorzio della missione Cheops gestisce il Mission Operations Center situato presso INTA, a Torrejón de Ardoz vicino a Madrid, in Spagna, e il Science Operations Center, situato presso l'Università di Ginevra, in Svizzera.

Per ulteriori informazioni, visitare : https://www.esa.int/Cheops

Leggi l'articolo originale in lingua inglese: https://www.esa.iant/Science_Exploration/Space_Science/Cheops/ESA_s_Cheops_finds_an_unexpected_ring_around_dwarf_planet_Quaoar