Unik ring upptäckt kring dvärgplaneten Quaoar

En stor ring har upptäckts kring dvärgplaneten Quaoar med hjälp av rymdteleskopet CHEOPS. Ringen är oväntad stor i förhållande till dvärgplanetens storlek, vilket utmanar idéer om varför en del himlakroppar uppvisar ringar men inte andra.

Ringar finns runt alla solsystemets jätteplaneter, där Saturnus ringsystem är det mest iögonfallande. Runt småplaneter är de däremot ovanligare, där vi bara känner till två fall sedan tidigare. Gemensamt för dessa ringar är att de befinner sig innanför den så kallade Roche-radien, vilket är det avstånd från himlakroppen där en löst sammansatt måne klarar att hålla ihop sig utanför, men där den innanför slits isär av gravitationen. Idén är alltså att ringar uppkommer därför att materialet som befinner sig innanför Roche-radien inte kan samla ihop sig till en måne.

Denna uppfattning utmanas nu av upptäckten av en ring med mer än dubbla Roche-radien runt Quaoar, en dvärgplanet som rör sig i det yttre solsystemet utanför Neptunus bana.

– Det är ett mysterium hur materialet i ringen kan låta bli att samla ihop sig till en måne, säger Alexis Brandeker, en av tre forskare från Institutionen för astronomi som är medförfattare till studien som publiceras i Nature.

– En möjlig ledtråd är att de tre ringar som hittills upptäckts kring småplaneter verkar vara av en särskild storlek orelaterad till Roche-radien: ringarna är alla så stora att dess partiklar rör sig ett varv i omloppsbana runt himlakroppen på nästan samma tid som småplaneten roterar tre varv runt sin egen axel. Kanske förhindrar denna 1:3 resonans ringpartiklarna att samlas till en måne, förklarar Alexis Brandeker.

Quaoar är känd som en av de dvärgplaneter som ledde till att Pluto förlorade sin planetstatus. När allt noggrannare observationer i början på 2000-talet uppdagade en familj av åtminstone tiotalet nya småplaneter nära Pluto i storlek så valde den internationella astronomiska unionen att ändra klassificeringen av Pluto till dvärgplanet.

Ringen runt Quaoar upptäcktes genom ett internationellt samarbete där teleskop runt om på jorden och från rymden följde hur ljuset från en avlägsen stjärna skymdes när dvärgplaneten passerade precis framför, en så kallad ockultation. Samarbetet koordinerades av Bruno Sicardy vid Sorbonneuniversitetet och Paris observatorium. Förutom att ljuset försvann under de få sekunder dvärgplaneten passerade framför stjärnan, så dämpades ljuset också under korta ögonblick före och efter ockultationen, vilket tydde på att det fanns en ring. Genom att observationer gjordes från olika platser med något olika synriktningar till småplaneten så kunde man sätta ihop en mer heltäckande bild av hur Quaoar och dess ringar ser ut.

De svenska forskarna har specialiserat sig på att analysera data från komplexa observationer med det europeiska rymdteleskopet CHEOPS, vilket blev av särskild vikt för Quaoar-observationen som var det första i sitt slag från ett teleskop i omloppsbana runt jorden. Normalt ägnar sig annars CHEOPS åt att detaljstudera exoplaneter, det vill säga planeter runt andra stjärnor än solen.

– De roligaste upptäckterna är de oväntade, och det här är just en sådan som kommer ge oss nya insikter i varför planeter och småplaneter har ringar, avslutar Alexis Brandeker.

Publikationer
Upptäckten av ringen runt Quaoar:
Morgado et al., A dense ring of the trans-Neptunian object Quaoar outside its Roche Limit
*Nature, 2023, DOI: 10.1038/s41586-022-05629-6

Mer detaljer om CHEOPS-observationen av Quaoar:
Morgado etl al., A stellar occultation by the transneptunian object (50000) Quaoar observed by CHEOPS
Astronomy & Astrophysics, 2022: 664, L15. DOI: 10.1051/0004-6361/202244221

Finansiering och resurser
Det svenska deltagandet i CHEOPS stöttas av Rymdstyrelsen.

Forskarkontakt
Alexis Brandeker, universitetslektor vid Institutionen för astronomi, Stockholms universitet
E-post: alexis@astro.su.se
Tel: 08-553 785 39

Övriga medverkanden från Institutionen för astronomi är Göran Olofsson och Hans-Gustav Florén.

Läs mer
Pressmeddelande från European Space Agency (ESA)

Förklaring till bild
Illustration av dvärgplaneten Quaoar och dess ring, med Quaoars måne Weywot till vänster. Quaoars ring upptäcktes genom en serie observationer som ägde rum mellan 2018 och 2021. Med hjälp av markbaserade teleskop och ESA:s rymdbaserade teleskop CHEOPS kunde astronomer iaktta hur Quaoar passerade framför en rad avlägsna stjärnor och hur ljuset från stjärnorna skymdes av dvärgplaneten. Bild: ESA, CC BY-SA 3.0 IGO, gjord av ATG på uppdrag av ESA