خواتم شاريكلو

يُعدّ القنطور 10199 شاريكلو ، بقطر يبلغ حوالي 250 كيلومترًا (160 ميلًا) ، ثاني أصغر جرم سماوي ذي حلقات مؤكدة (بعد 2060 كايرون [ ^{1 ] )} ، وخامس جرم سماوي حلقي يُكتشف في النظام الشمسي ، بعد عمالقة الغاز وعمالقة الجليد . ^{[ 2 ]} يدور حول شاريكلو نظام حلقات ساطع يتكون من نطاقين ضيقين وكثيفين، بعرض 6-7 كيلومترات (4 أميال) و2-4 كيلومترات ( ميلين)، يفصل بينهما مسافة 9 كيلومترات (6 أميال) . ^{[ 2 ] [ 3 ]} تدور الحلقات على مسافة حوالي 400 كيلومتر (250 ميلًا) من مركز شاريكلو، أي ما يعادل جزءًا من ألف من المسافة بين الأرض والقمر . تم التوصل إلى هذا الاكتشاف بواسطة فريق من علماء الفلك باستخدام عشرة تلسكوبات في مواقع مختلفة في الأرجنتين والبرازيل وتشيلي وأوروغواي في أمريكا الجنوبية أثناء رصد احتجاب نجمي في 3 يونيو 2013، وتم الإعلان عنه في 26 مارس 2014. ^{[ 2 ]}       

كان وجود نظام حلقات حول كوكب صغير غير متوقع، إذ كان يُعتقد أن الحلقات لا تستقر إلا حول الأجرام ذات الكتلة الأكبر بكثير. ولم تُكتشف أنظمة حلقات حول الأجرام الصغيرة من قبل، على الرغم من البحث عنها باستخدام تقنيات التصوير المباشر واحتجاب النجوم. ^{[ 2 ]} من المتوقع أن تتفكك حلقات شاريكلو خلال فترة لا تتجاوز بضعة ملايين من السنين، لذا فإما أنها حديثة التكوين، أو أنها محصورة بنشاط بواسطة أقمار راعية ذات كتلة مماثلة لكتلة الحلقات. ^{[ 2 ] [ 4 ] [ 5 ]} أطلق الفريق على الحلقات اسمي أويابوك (الحلقة الداخلية الأكبر حجمًا) وشوي (الحلقة الخارجية)، نسبةً إلى النهرين اللذين يشكلان الحدود الساحلية الشمالية والجنوبية للبرازيل. وسيُقدم طلب للحصول على أسماء رسمية إلى الاتحاد الفلكي الدولي في وقت لاحق. ^{[ 4 ]}

يُعدّ شاريكلو أكبر عضو مؤكد في فئة الأجرام الصغيرة المعروفة باسم القناطير، والتي تدور حول الشمس بين زحل وأورانوس في النظام الشمسي الخارجي . وقد أظهرت التوقعات أنه، كما يُرى من أمريكا الجنوبية، سيمر أمام النجم UCAC4 248-108672 ذي القدر الظاهري 12.4 ، والواقع في كوكبة العقرب ، في 3 يونيو 2013. ^{[ 6 ]}

بمساعدة ثلاثة عشر تلسكوبًا موزعة في الأرجنتين والبرازيل وتشيلي وأوروغواي، ^{[ 7 ]} تمكن فريق من علماء الفلك بقيادة فيليبي براغا ريباس ( مرجع )، عالم الفلك ما بعد الدكتوراه في المرصد الوطني (ON) في ريو دي جانيرو، ^{[ 7 ]} و65 باحثًا آخر من 34 مؤسسة في 12 دولة، ^{[ 2 ]} من رصد ظاهرة الاحتجاب هذه ، وهي ظاهرة يختفي خلالها نجم خلف جسم محجوب. ^{[ 2 ]} وكان التلسكوب الوطني الدنماركي البالغ قطره 1.54 مترًا في مرصد لاسيا ، بفضل معدل جمع البيانات الأسرع بكثير لكاميرا " لاكي إيماجر " (10  هرتز)، التلسكوب الوحيد القادر على تمييز الحلقات الفردية. ^{[ 2 ]}

خلال هذا الحدث، كان من المتوقع أن ينخفض ​​السطوع المرصود من القدر الظاهري 14.7 (النجم + شاريكلو) إلى 18.5 (شاريكلو وحده) لمدة لا تتجاوز 19.2 ثانية. ^{[ 8 ]} هذه الزيادة بمقدار 3.8 قدر ظاهري تعادل انخفاضًا في السطوع بمقدار 32.5 ضعفًا. ترافق حدث الاحتجاب الرئيسي مع أربعة انخفاضات طفيفة إضافية في شدة منحنى الضوء الكلي ، رُصدت قبل سبع ثوانٍ من بداية الاحتجاب وبعد سبع ثوانٍ من نهايته. ^{[ 2 ]} أشارت هذه الاحتجابات الثانوية إلى أن شيئًا ما كان يحجب جزئيًا ضوء النجم الخلفي. ساعد تناظر الاحتجابات الثانوية ورصد الحدث عدة مرات في مواقع مختلفة على إعادة بناء ليس فقط شكل وحجم الجسم، بل أيضًا سمك واتجاه وموقع مستويات الحلقة. ^{[ 9 ]} إن خصائص الحلقة المتسقة نسبياً والمستنتجة من العديد من عمليات رصد الاحتجاب الثانوي تُفنّد التفسيرات البديلة لهذه السمات، مثل انبعاث الغازات الشبيهة بانبعاث المذنبات. ^{[ 2 ]}

وشملت التلسكوبات التي رصدت الاحتجاب التلسكوب الوطني الدنماركي وتلسكوب المسح TRAPPIST التابع لمرصد لا سيلا ، وتلسكوبات PROMPT ( مرصد سيرو تولولو بين الأمريكيين )، وتلسكوب الأبحاث الفيزيائية الفلكية الجنوبي البرازيلي أو SOAR ( سيرو باتشون )، وتلسكوب ASH الذي يبلغ قطره 0.45 متر ( سيرو بوريك )، وتلسكوبات مرصد جامعة ولاية بونتا غروسا ، والقطب الفلكي كاسيميرو مونتينيغرو فيلهو (في مؤسسة إيتايبو التكنولوجية ، في فوز دو إيغواسو )، ومرصد الجامعة الكاثوليكية التابع للجامعة البابوية الكاثوليكية في تشيلي ( سانتا مارتينا، تشيلي )، والعديد من التلسكوبات في محطة الفيزياء الفلكية في بوسكي أليغري ، التي تديرها الجامعة الوطنية في قرطبة . تم تسجيل الاكتشافات السلبية بواسطة مرصد إل كاتاليخو ( سانتا روزا، لا بامبا ، الأرجنتين)، وتلسكوب Planewave مقاس 20 بوصة (جزء من شبكة مرصد الكشاف ) في سان بيدرو دي أتاكاما ، تشيلي وأداة OALM في مرصد لوس مولينوس الفلكي في أوروغواي. بعض الأدوات الأخرى المشاركة كانت تلك الموجودة في المرصد الوطني في ريو دي جانيرو، ومرصد فالونغو (في الجامعة الفيدرالية في ريو دي جانيرو )، ومرصد جامعة ولاية أويستي دو بارانا أو Unioeste (في ولاية بارانا )، ومرصد بيكو دوس دياس أو OPL (في ميناس جيرايس ) وجامعة ولاية ساو باولو (UNESP – Guaratinguetá) في ساو باولو. ^{[ 2 ] [ 7 ] [ 10 ]}

في 18 أكتوبر 2022، استُخدم جهاز NIRCam الموجود على متن تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) لرصد احتجاب نجم Gaia DR3 6873519665992128512 بواسطة حلقات شاريكلو، حيث التقط الجهاز الانخفاض المزدوج المميز في سطوع النجم عندما حجبت الحلقات ضوء النجم في نقطتين. ^{[ 11 ]}

يتوافق اتجاه الحلقات مع الرؤية الجانبية من الأرض في عام 2008، مما يفسر انخفاض سطوع شاريكلو الملحوظ بين عامي 1997 و2008 بمقدار 1.75 ضعفًا، بالإضافة إلى الاختفاء التدريجي لجليد الماء ومواد أخرى من طيفه مع انخفاض مساحة سطح الحلقات المرصودة. ^{[ 12 ]} ويتوافق أيضًا مع هذا الاتجاه الجانبي أن نظام شاريكلو قد ازداد سطوعه منذ عام 2008 بمقدار 1.5 ضعفًا مرة أخرى، وعادت خصائص طيف جليد الماء في الأشعة تحت الحمراء للظهور. يشير هذا إلى أن الحلقات تتكون جزئيًا على الأقل من جليد الماء. كما يتوافق تركيب الحلقات الجليدي مع الكثافة المتوقعة لجسم متفكك ضمن حد روش لشاريكلو . ^{[ 2 ]}

الحلقة الداخلية (2013C1R أو Oiapoque)

لوحظ أن العمق المكافئ (وهو مُعامل يرتبط بكمية المادة الكلية الموجودة في الحلقة بناءً على هندسة الرؤية) للحلقة C1R يتغير بنسبة 21% خلال فترة الرصد. وقد رُصدت اختلافات مماثلة خلال عمليات رصد الاحتجاب لحلقات أورانوس الضيقة، وقد يعود ذلك إلى تذبذبات رنانة مسؤولة عن تعديل عرض وعمق الحلقات البصري. تُقدّر الكثافة العمودية  للحلقة C1R بـ 30-100 غ/ ^سم² . ^{[ 2 ]}

لا يزال أصل الحلقات مجهولاً، ولكن يُرجّح أن تكون كلتاهما بقايا قرص حطام، ربما يكون قد تشكّل نتيجة اصطدام بشاريكلو، أو تصادم مع قمر أو أكثر من الأقمار الموجودة مسبقاً، أو تمزق مدّي لقمر سابق كان يتحرك في اتجاه معاكس ، أو من مواد انطلقت من السطح بفعل نشاط المذنبات أو الاضطراب الدوراني. ^{[ 2 ]} إذا تشكّلت الحلقات نتيجة اصطدام بشاريكلو، فلا بدّ أن يكون الجسم قد اصطدم بسرعة منخفضة لمنع جزيئات الحلقة من القذف خارج نطاق شاريكلو .

تبلغ سرعات الاصطدام في النظام الشمسي الخارجي عادةً حوالي 1  كم/ث (مقارنةً بسرعة الإفلات على سطح شاريكلو التي تبلغ حوالي 0.1  كم/ث)، وكانت أقل من ذلك قبل أن يتعرض حزام كايبر للإثارة الديناميكية، مما يدعم احتمال تشكل الحلقات في حزام كايبر قبل انتقال شاريكلو إلى مداره الحالي منذ أقل من 10 ملايين سنة. ^{[ 2 ]} أما سرعات الاصطدام في حزام الكويكبات فهي أعلى بكثير (حوالي 5  كم/ث)، وهو ما قد يفسر غياب هذه الحلقات في الأجرام الصغيرة داخل حزام الكويكبات. ^{[ 2 ]} من شأن تصادم جزيئات الحلقة أن يؤدي إلى اتساعها بشكل كبير، كما أن مقاومة بوينتينغ-روبرتسون ستؤدي إلى سقوط جزيئات الحلقة على الجسم المركزي في غضون بضعة ملايين من السنين، مما يتطلب إما مصدرًا نشطًا لجزيئات الحلقة أو حصرًا ديناميكيًا بواسطة أقمار صغيرة (بحجم كيلومتر) مغمورة أو راعية لم يتم اكتشافها بعد. ^{[ 2 ]} سيكون من الصعب للغاية اكتشاف مثل هذه الأقمار عن طريق التصوير المباشر من الأرض نظرًا لصغر المسافة الشعاعية بين نظام الحلقات وشاريكلو. ^{[ 2 ]}

باعتباره ثاني أصغر جرم سماوي معروف بنظام حلقاته الخاص، يُعدّ شاريكلو وحلقاته أول جرم سماوي تمت محاكاته بالكامل عن طريق حلّ مسألة الأجسام المتعددة عدديًا . ^{[ 16 ]} تضمنت الافتراضات أن الكوكب الصغير وجزيئات الحلقة كروية الشكل، وأن جميع الجزيئات لها أنصاف أقطار متساوية تتراوح بين 2.5 و10  أمتار. وبحسب المعايير، شملت عمليات المحاكاة ما بين 21 مليونًا و345 مليون جسيم تتفاعل مع بعضها البعض من خلال الجاذبية والتصادمات . كان الهدف من عمليات المحاكاة هو تقييم الظروف التي تبقى فيها الحلقات مستقرة؛ أي أنها لا تتجمع في عدد قليل من الأجسام الأكبر حجمًا.

الاستنتاج الأول المستخلص من المحاكاة هو أن كثافة شاريكلو يجب أن تكون أكبر من كثافة مادة الحلقة، وذلك للحفاظ عليها في مدارها. ثانيًا، بالنسبة لجميع أنصاف أقطار جسيمات الحلقة وكثافاتها المكانية التي تم اختبارها، تجمعت الحلقات في فترات زمنية قصيرة نسبيًا. يقترح الباحثون ثلاثة تفسيرات رئيسية:

1. تكون جزيئات الحلقة أصغر بكثير، في حدود 1  سم، مما افترض في عمليات المحاكاة
2. الحلقات صغيرة جداً (أقل من 100 عام)
3. يوجد في النظام جسم ضخم نسبياً، لم يتم اكتشافه حتى الآن، ويعمل كقمر راعي

وأشاروا كذلك إلى أن آثار بعض الافتراضات، مثل الغياب التام للانحراف المركزي للحلقات، لم يتم تقييمها. ^{[ 16 ]}

• مرصد الجامعة الكاثوليكية
• ESOcast 64: أول نظام حلقي حول كويكب على يوتيوب