21. července 2017

Chariklo: Největší z kentaurů


   Ve Sluneční soustavě máme mnoho typů těles. Kolem centrální hvězdy obíhá osm planet a okolo šesti z nich krouží jejich měsíce. Říši kamenných světů a plynných obrů odděluje Hlavní pás tvořený asteroidy a za Neptunem Sluneční soustavu obepíná Kuiperův pás a další trans-neptunické objekty (TNO's). Největší představitelé obou pásů zároveň spadají do kategorie trpasličích planet. Některé planety (zejména Jupiter) jsou na svých drahách následovány tělesy, kterým říkáme trojané a mezi tím vším navíc poletují komety. Zvláštní skupinou jsou pak tělesa, která se pohybují mezi drahami plynných planet. Nepřísluší však k žádné z nich jako měsíce ani žádnou nenásledují jako trojané a zároveň se nikdy nedostávají ke Slunci blíže než Jupiter, aby se v nich zažehla aktivita a mohla tak být považována za komety. Takovým tělesům říkáme kentauři a dnes si blíže představíme největšího z nich:

(10199) Chariklo [Čárikló]

   Kentauři patří mezi malá tělesa Sluneční soustavy, která se katalogizují jako planetky, proto se před jménem uvádí v závorce jejich číslo. Chariklo známe zhruba dvacet let. Objevena byla 15. února 1997 v rámci přehlídky Spacewatch. Žádná kosmická sonda ji dosud nenavštívila a žádná se prozatím ani neplánuje, a proto jsme ve věci jejího studia odkázáni na teleskopická pozorování. 
   Dobře známe oběžnou dráhu Chariklo. Kolem Slunce oběhne jednou za bezmála 63 let na dráze s hlavní poloosou necelých 16 AU. To ji umísťuje akorát mezi dráhy Saturnu a Uranu, nicméně od oběžné roviny planet se odklání více než 23°. 

JPL / Small Body Database Browser

   Fotometrická analýza na přelomu milénia nedokázala jednoznačně určit rotační periodu Chariklo, jasnost planetky se však v průběhu let drobně měnila a infračervená pozorování ukazovala na přítomnost vodního ledu. Měření na milimetrových vlnách a v infračerveném oboru spektra naznačují velikost planetky mezi 200 až 300 kilometry, což z Chariklo činí jednoznačně největší těleso samostatně se pohybující mezi obřími planetami. V této rozměrové kategorii máme blíže prozkoumané dva objekty a oba se nacházejí v podobné oblasti jako Chariklo. Jedná se o dvě oběžnice Saturnu, které dost možná samy byly dříve kentaury a Saturn je později svou gravitací zachytil a udělal si z nich měsíce - Hyperion a Phoebe. Díky družici Cassini máme Hyperiona i Phoebe zblízka vyfoceny a jejich obrázky jsou tak možná nejlepší inspirací pro představy o možném vzhledu Chariklo:


   Pořádné překvapení nám Chariklo přinesla v roce 2013. Astronomové tehdy pozorovali zákryt vzdálené hvězdy planetkou Chariklo, čímž chtěli dále upřesnit její rozměry a tvar. Samotná planetka je na obloze příliš slabá, takže běžnými dalekohledy jí nevidíme. Z délky trvání hvězdného zákrytu však lze její rozměry odvodit. Místo toho ale astronomové učinili jiný nečekaný objev. Hvězda totiž těsně před zákrytem samotnou planetkou dvakrát blikla a stejné zamrkání předvedla i poté, co se zpoza planetky vynořila. Takový charakter zákrytu nenechal nikoho na pochybách: Jediné možné vysvětlení je, že Chariklo má prstence!

F. Braga-Ribas (Observatorio Nacional, Brazil), B. Sicardy, J. L. Ortiz et al.

   Prstence byly dříve objeveny pouze u obřích plynných planet - všichni čtyři obři v naší Soustavě nějakou formu prstenců mají. Nikdo však neočekával, že by bylo možné, aby taková struktura existovala kolem malých těles. Chariklo se ale evidentně u obřích planet něčemu přiučila : )
   Systém prstenců kolem Chariklo sestává ze dvou vláken širokých přibližně 7 respektive 3 kilometry. Mezi nimi je zhruba čtrnáctikilometrová mezera. Průměr prstýnků je okolo 800 km, přičemž Chariklo samotná má zhruba 250 km. Přítomnost systému prstenců navíc vysvětluje dva fenomény zmiňované výše: Měnící se jasnost Chariklo a náznaky vodního ledu v jejím spektru. Chariklo totiž až do roku 2008 mírně slábla, a pak začala zase zjasňovat. Analýza pozice prstenců ukázala, že právě kolem roku 2008 k nám byly natočeny svou hranou a nepřispívaly tak svojí plochou k celkové jasnosti Chariklo. Tou dobou navíc vymizely signatury vodního ledu ze spektra planetky. Tehdy se uvažovalo o kometární aktivitě, ale nyní mnohem větší smysl dává, že led se nachází právě v prstencích, které při čelním pohledu nebyly vidět.
   Následuje několik vizualizací kentaura Chariklo se systémem prstenců. Jednotlivá vlákna byla dokonce pojmenována: Oiapoque (vnitřní výraznější prstenec) a Chuí (vnější užší prstýnek)


 

Představu o měřítku navodí následující obrázek, který srovnává model Chariklo se skutečnými snímky několika asteroidů a měsíců.

Daniele Bianchino

   Objev prstenců kolem Chariklo obrátil zraky i k dalším planetkám. Dokonce hned druhý největší kentaur - Chiron - již dlouho vykazuje natolik podivné změny jasnosti, že ho klasifikujeme nejen jako planetku (2060) Chiron, ale také jako kometu 95P/Chiron. Vědci znovu analyzovali průběh několika dřívějších hvězdných zákrytů Chironem a zejména jeden z roku 2011 se nápadně podobá tomu, co předvedla Chariklo. Výsledky sice nejsou tak jednoznačné, ale když se přidají i data ze spektrálního rozboru a z fotometrické analýzy, vypadá to, že oba největší kentauři jsou nejspíš ozdobeni prstenci! Pro definitivní potvrzení bude ale potřeba pečlivě sledovat další zákryty hvězd. K nejbližší vhodné okultaci má dojít zanedlouho, konkrétně 15. srpna. Následující obrázek ukazuje, odkud bude zákryt pozorovatelný. Nechme se překvapit, co astronomové vysledují.

RECON / LESIA

   Nicméně zpátky k Chariklo. Vědci provedli mnoho simulací, ze kterých pro prstence i pro Chariklo samotnou vyplývá několik věcí. Není až tak překvapivé, že Chariklo by určitě měla mít vyšší průměrnou hustotu než tělíska v prstencích. Systém prstenců buď musí být velmi mladý (což není příliš pravděpodobné), nebo musí být prstýnky tvořeny velmi drobnými částečkami (možná). Nejuspokojivější však je varianta, že dlouhodobou stabilitu systému udržují tzv. pastýřské měsíce - satelity, které svým gravitačním působením 'hlídají' částečky prstenců a nedovolují jim unikat pryč. Bez pastýřů by se totiž v geologicky krátkém čase prstence rozptýlily kvuli vzájemným interakcím jednotlivých zrn. Detekovat takové měsíčky přímo však bude nesmírně obtížné. Vždyť i o prstencích víme jen díky hvězdným zákrytům.
   O původu prstenců kolem Chariklo existuje také několik možných scénářů. Možná měla Chariklo dříve vlastní satelit, který se k ní ovšem postupem času moc přiblížil, překročil Rocheovu mez a byl gravitací rozdrolen. Ze vzniklé suti se pak vytvořily prstence. Možná ten satelit roztrhalo blízké setkání s některou z obřích planet. Možná byl satelit zasažen cizím meteoroidem, rozsypal se a prstence vznikly z jeho zbytků. Možná Chariklo žádný satelit neměla, ale byla sama zasažena cizím tělesem a prstence se zformovaly z vyrženého materiálu. Možná se Chariklo potkala s jinou menší planetkou, ta měla svůj satelit a vzájemné gravitační interakce tří těles vyústily ve vznik prstenců. Nebo si snad Chariklo svou ozdobu půjčila od Saturnu? No dobře, tahle varianta se ve studii neuvažuje, ale co bych si nemohl představovat : ) Každopádně seriózní možnosti pěkně rozebírá článek na blogu Planetary Mechanics.
   Jsou opravdu prstence čtyř obřích planet, planetky Chariklo a možná Chironu jedinými známými případy prstencových struktur kolem planetárních těles ve Vesmíru? Pochopitelně nikoli. Již víme, že i exoplanety mohou mít prstence a některé náznaky dřívějších nebo budoucích prstenců známe i ze Sluneční soustavy. Na toto téma doporučuji pojednání Rings beyond the giant planets.
   Další studie se zabývá dynamickou historií planetky Chariklo. Ze simulací vychází, že Chariklo se z trans-neptunického regionu přesunula do populace kentaurů někdy v posledních dvaceti milionech let. Oproti ostatním kentaurům však obývá relativně stabilní dráhu a simulace naznačují, že setkání s obřími planetami mají na systém prstenců jen pramalý vliv. Je tedy možné, že si Chariklo udržela prstence z dávnějších dob, kdy obývala ještě vzdálenější oblasti Soustavy? Proč potom ale nenacházíme prstence při okultacích vzdálenými objekty Kuiperova pásu? Například tým New Horizons se vážně obával prstenců kolem Pluta, kvuli riziku pro jejich prolétající sondu. Ta naštěstí do žádných prstenců nenarazila a pokračuje k dalšímu tělesu, kolem kterého jsme taktéž hledali prstence. Zatím to ale ani tam na žádné nevypadá... Pěkný rozbor studie nabízí opět blog Planetary Mechanics.

Následující graf ukazuje parametry kentauří populace planetek. Vidíme vzájemnou velikost jednotlivých kentaurů, jejich střední vzdálenost od Slunce a úhel, který jejich oběžná dráha svírá s rovinou velkých planet. Čevené úsečky značí rozsah mezi periheliem a afeliem a na zelené stupnici se dá odečíst i oběžná perioda.

CC BY-SA 3.0

   Od objevu prstenců kolem Chariklo se nám je podařilo poměrně zevrubně prostudovat. Astronomové mezi roky 2014-2016 odpozorovali dvanáct dalších okultací a na jejich základě vznikl mnohem přesnější obrázek o struktuře prstenců, rozměrech Chariklo a dalších parametrech celého systému. Konkrétní postupy a výsledná čísla rozebírá studie The structure of Chariklo’s rings from stellar occultations.
   Mezi tím probíhají další okultace. Měření astrometrické družice Gaia zpřesnila pozice hvězd, a tak se dají sledování zákrytů lépe plánovat. Přelom loňského a letošního roku přinesl další tři úspěšná pozorovaní založená právě na datech od Gaii, která potvrzují předchozí závěry. Čtvrtý letošní zákryt jsem již zmiňoval na konci článku Odhalující okultace. Sekvenci snímků pořízených 22. června si tady ale ukážeme znova, protože je na ní krásně vidět, jak je hvězda nejprve na chviličku zakryta prstenci, poté na delší dobu planetkou a nakonec znova blikne, když projde za prstenci na druhé straně.

Mike Kretlow / IOTA-ES

   Informace o výše ukázaném zákrytu z 22. června shrnuje článek Chariklo Stellar Occultation Follow-up. Poprvé se podařilo odpozorovat zákryt samotnou planetkou ze čtyřech míst zároveň, což konečně pomůže přesněji určit tvar Chariklo. Bude spíše kulatá podobně jako Phoebe a tím pádem si nárokovat titul trpasličí planety? Bude to pravidelný elipsoid protažený rychlým otáčením (perioda rotace se dnes udává 7 hodin)? Nebo půjde o neforemnou 'bramboru' ve stylu Hyperiona? Další otázka, na kterou tento zákryt možná poskytne odpověď, je, zda-li se střed prstenců shoduje se středem planetky, či jestli se jedná o vychýlený systém. Zákryt prstenci byl totiž pozorován dokonce z pěti různých míst současně. Tento bezprecedentní úspěch byl umožněn předběžným uvolněním dat o zakrývané hvězdě z katalogu, který vytváří tým již zmiňované sondy Gaia a celý ho hodlá zveřejnit až v dubnu 2018.
   Zároveň byla uvolněna přesnější pozice další hvězdy pro zákryt, který nastane na novoluní 23. července. Chariklo přejde před hvězdou čtrnácté magnitudy a událost bude pozorovatelná z Jižní Ameriky. Podaří se překonat počet úspěšných pozorování z minulého zákrytu? Velmi precizně vypočtené parametry této okultace mají potenciál umožnit o největším z kentaurů odkrýt další zajímavé informace. Přeji astronomům jasnou oblohu a těším se na výsledky : )

LESIA / NIMA / GAIA / F. Braga-Ribas



Žádné komentáře:

Okomentovat