Chariklo'nun halkaları yerinde durmuyor: Webb, birkaç yılda değişen yapıyı yakaladı

Halka denince akla önce Satürn gelir; Jüpiter, Uranüs ve Neptün'ün daha sönük halkaları da uzun süredir biliniyor. 2013'e kadar ise halkaların yalnızca dev gezegenlere özgü olduğu düşünülüyordu. O yıl Satürn ile Uranüs arasında dolanan, yaklaşık 250 kilometre çapındaki küçük bir cisim olan Chariklo'nun çevresinde iki dar halka keşfedildi. Şimdi James Webb Uzay Teleskobu'nun gözlemleri, bu halkaların sanıldığı gibi durağan olmadığını, yalnızca birkaç yıl içinde belirgin biçimde değişebildiğini ortaya koydu. İspanya'daki Endülüs Astrofizik Enstitüsü'nün (IAA-CSIC) yürüttüğü çalışma Science Advances dergisinde yayımlandı.

Chariklo: Halkalı bir sentor

Chariklo, 1997'de Arizona Üniversitesi'nin Spacewatch projesi tarafından keşfedildi. "Sentor" adı verilen cisimler sınıfının bilinen en büyük üyesi. Sentorlar, dev gezegenlerin yörüngeleri arasında dolanan, hem asteroitlerin hem de kuyrukluyıldızların özelliklerini taşıyan küçük cisimler; büyük olasılıkla Neptün'ün ötesindeki Kuiper kuşağından iç bölgelere savrulmuşlar. Chariklo, Güneş'in çevresindeki turunu yaklaşık 62,5 yılda tamamlıyor ve yüzeyi su buzu, silikatlar ve karmaşık organik bileşiklerle kaplı, son derece karanlık bir cisim.

Chariklo, halkaları keşfedilen ilk küçük gezegen oldu. Bugün bu özelliği paylaşan başka üç cisim biliniyor: sentor Chiron ile cüce gezegenler Haumea ve Quaoar. Chariklo'nun halkalarını neyin bir arada tuttuğu hâlâ bilinmiyor; hesaplar, bu halkaların birkaç milyon yıl içinde dağılması gerektiğini söylüyor. Henüz görülememiş küçük "çoban uydular" halkaları kütleçekimiyle hizada tutuyor olabilir.

Gölgeden okunan halkalar

Chariklo o kadar küçük ve uzak ki, halkalarını doğrudan fotoğraflamak mümkün değil. Gökbilimciler bunun yerine "yıldız örtülmesi" yöntemine başvuruyor: Cisim, arka plandaki bir yıldızın önünden geçerken yıldızın ışığı birkaç saniyeliğine kısılıyor ya da kayboluyor. Işıktaki her düşüşün zamanlaması ve derinliği, yıldızın önünden geçen yapının boyutunu ve ne kadar ışık geçirdiğini, yani opaklığını ortaya koyuyor. Halkalar zaten 2013'te bu yöntemle, ana gövdenin örtmesinden hemen önce ve sonra gelen kısa sönmelerle keşfedilmişti.

Webb, 18 Ekim 2022'de Chariklo'nun bir yıldızın önünden geçişini izledi. Bu, uzay teleskobunun bir yıldız örtülmesini kaydettiği ilk gözlemdi ve dikkatli bir hesap gerektiriyordu. Chariklo'nun yörüngesi, arka plan yıldızının konumu ve Webb'in Dünya'dan yaklaşık 1,5 milyon kilometre uzaktaki L2 noktası çevresindeki konumu, örtülmenin tam olarak nereden görüleceğini belirlemek için çok yüksek hassasiyetle bilinmeliydi. Bu konum bilgisinde ESA'nın yıldızların yerini ve hareketini ölçen Gaia görevinin verileri kilit rol oynadı. Örtülme sırasında Chariklo'nun Webb'e göre hareketi saniyede yalnızca yaklaşık 2,5 kilometreydi; bu yavaş göreli hız, halkaların yapısının olağanüstü ayrıntılı biçimde çözümlenmesine imkân verdi.

İç halka koyulaşıyor, dış halka seyreliyor

Araştırmacılar Webb verilerini, son on yılda yerdeki gözlemevlerinde kaydedilmiş önceki örtülmelerle karşılaştırdı. Ortaya çıkan tablo şaşırtıcıydı: İki halka zıt yönlerde değişmişti. İç halka artık yıldız ışığını daha fazla engelliyor, dış halka ise daha az. IAA-CSIC'ten Pablo Santos-Sanz, bu farkın Chariklo'nun halkalarının hâlâ aktif ve evrim geçiren yapılar olduğuna işaret ettiğini söylüyor.

Ekip temkinli olmayı da elden bırakmıyor. Değişimin bir kısmı, farklı gözlemlerde kullanılan farklı dalga boyu filtrelerinden kaynaklanıyor olabilir; halka parçacıkları ışığı dalga boyuna göre farklı biçimde saçabiliyor. Gözlenen farkın gerçek bir fiziksel değişimden mi, bu teknik etkilerden mi yoksa ikisinin birleşiminden mi kaynaklandığı henüz kesinleşmiş değil.

Halkaların kendisi de olağanüstü ince yapılar. Önceki örtülmelere göre halkalar Chariklo'nun merkezinden yaklaşık 390-400 kilometre uzakta dolanıyor; iç halka yaklaşık 7 kilometre genişliğinde, dış halka ise çok daha ince ve iki halka birbirine çok yakın. Bu ölçekteki bir yapıda birkaç yıllık değişimi ayırt edebilmek, Webb'in hassasiyeti olmadan neredeyse imkânsız olurdu.

Küçük cisimlerin halkalarına yeni bakış

Değişim gerçekse, bunun birkaç olası açıklaması var. Çoban uyduların kütleçekimi halka malzemesini yeniden dağıtıyor olabilir; halka parçacıkları birbirleriyle çarpışarak tozlaşıyor ya da yeniden kümeleniyor olabilir; Chariklo'nun yüzeyinden ya da çevresindeki ufak cisimlerden halkalara malzeme ekleniyor olabilir. Santos-Sanz'a göre sonuçlar, bu halkaların nasıl oluştuğu, nasıl evrimleştiği ve kararlılığını neyin sağladığı konusundaki düşüncelerin yeniden gözden geçirilmesini gerektiriyor.

Bulgu, 2023'te Quaoar'ın çevresinde, kuramsal olarak halka oluşamayacak kadar uzak bir mesafede bulunan halkanın keşfiyle birlikte düşünüldüğünde daha da ilginç hâle geliyor. Küçük cisimlerin halka sistemleri, bir zamanlar sanıldığı gibi ender rastlantılar değil; Güneş Sistemi'nin dış bölgelerinde süregiden, hızlı ve henüz tam anlaşılmamış süreçlerin göstergeleri olabilir.