حلقه های خاریکلو در رصد تازه جیمز وب دگرگون شدند

جهانی بسیار کوچک را تصور کنید، تقریبا به اندازه یک کشور کوچک، که نه یک حلقه بلکه دو حلقه دارد و سپس آن‌ها را به شیوه‌هایی تغییر می‌دهد که با هم در تضادند. این همان چیزی است که تلسکوپ فضایی جیمز وب به‌تازگی درباره خاریکلو به ما نشان داده است؛ قنطوری‌ای به قطر ۲۵۰ کیلومتر که میان زحل و اورانوس، در فاصله حدود ۱۷ واحد نجومی از خورشید، در حرکت است.

تا سال ۲۰۱۳ تصور می‌شد حلقه‌ها تجملی اختصاصی برای غول‌های گازی هستند، تا اینکه اخترشناسان دو حلقه باریک و متراکم را در اطراف خاریکلو کشف کردند. اکنون، مشاهدات ۱۸ اکتبر ۲۰۲۲ که با استفاده از یک اختفای ستاره‌ای دقیق پیش‌بینی‌شده و رصدشده توسط تلسکوپ فضایی جیمز وب انجام شد، نشان می‌دهد این حلقه‌ها یادگارهایی یخ‌زده و بی‌تغییر نیستند. آن‌ها در حال دگرگونی‌اند و این تغییر را در دو جهت مخالف نشان می‌دهند: حلقه داخلی به‌طور محسوسی کدرتر شده، در حالی که حلقه بیرونی کم‌نورتر به نظر می‌رسد.

اخترشناسان چگونه چنین سیگنال‌های کم‌فروغی را می‌خوانند؟ آن‌ها چشمک زدن و ناپدید شدن لحظه‌ای یک ستاره را دنبال می‌کنند. هنگامی که خاریکلو و حلقه‌هایش از برابر یک ستاره دوردست عبور می‌کنند، هر حلقه سایه‌ای کوتاه روی نور ستاره می‌اندازد. همین افت‌های بسیار کوچک، پهنا، ساختار و میزان کدری حلقه‌ها را در خود رمزگذاری می‌کنند. با مقایسه اختفای سال ۲۰۲۲ جیمز وب با مجموعه‌ای از اختفاهای ثبت‌شده در دهه گذشته، گروهی به رهبری مؤسسه اخترفیزیک اندلس شواهدی روشن و قابل اندازه‌گیری از تغییرات طی تنها چند سال شناسایی کرد.

این کشف هم یک موفقیت فنی چشمگیر است و هم یک شگفتی علمی. این نخستین اختفای ستاره‌ای بود که به‌طور ویژه برای تلسکوپ فضایی جیمز وب پیش‌بینی شد و سپس با موفقیت رصد گردید. انجام چنین کاری به دانشی بسیار دقیق نیاز داشت: مدار خاریکلو، موقعیت دقیق ستاره به لطف مأموریت گایا آژانس فضایی اروپا و مسیر خود تلسکوپ جیمز وب در اطراف نقطه لاگرانژی دوم سامانه خورشید و زمین، در فاصله حدود ۱.۵ میلیون کیلومتری از زمین، باید هم‌راستا می‌شدند. اصلاحات کوچک مسیر برای نگه داشتن تلسکوپ در نزدیکی این نقطه نیز بخشی از برنامه‌ریزی بود و نتیجه آن وضوح فضایی استثنایی به همراه داشت.

نمای شماتیک اختفای ستاره‌ای توسط حلقه‌های خاریکلو که در ۱۸ اکتبر ۲۰۲۲ با تلسکوپ فضایی جیمز وب رصد شد. مقایسه با اختفاهای پیشین تغییرات مخالف در دو حلقه را آشکار می‌کند: حلقه C1R سیگنال قوی‌تری نشان می‌دهد، در حالی که حلقه C2R بسیار ضعیف‌تر به نظر می‌رسد.

در جریان این رویداد، خاریکلو نسبت به تلسکوپ جیمز وب با سرعت حساب‌شده ۲.۵ کیلومتر بر ثانیه حرکت می‌کرد. در مقیاس‌های آسمانی، این سرعت کند محسوب می‌شود. همین حرکت آهسته باعث شد سیگنال اختفا در زمان کشیده‌تر شود و تلسکوپ بتواند ویژگی‌های ریزمقیاس حلقه‌ها را جدا کند؛ ویژگی‌هایی که در غیر این صورت در هم محو می‌شدند. حتی جیمز وب نیز در آن فاصله نمی‌تواند حلقه‌های خاریکلو را مستقیما تصویربرداری کند؛ اختفاها نقش میکروسکوپ را دارند.

این یافته درباره حلقه‌های پیرامون اجرام کوچک چه می‌گوید؟ سال‌ها بسیاری تصور می‌کردند اگر اجرام کوچک صاحب حلقه شوند، این حلقه‌ها نسبتا پایدار می‌مانند؛ شاید آرام‌آرام تکامل یابند، اما نه به شکلی چشمگیر. روندهای متضاد در دو حلقه خاریکلو این تصویر مرتب و ساده را به هم می‌زند. متراکم‌تر شدن حلقه داخلی هم‌زمان با تضعیف حلقه بیرونی نشان می‌دهد فرایندهایی فعال در جریان است. برخورد میان ذرات حلقه، اثرات گرانشی ظریف از قمرک‌های دیده‌نشده، یا اثرات آهسته نور خورشید و ذرات باردار همگی می‌توانند نقش داشته باشند. البته بخشی از این تغییر نیز ممکن است رصدی باشد: ابزارها و فیلترهای متفاوت در سال‌های مختلف می‌توانند بر این‌که یک حلقه تا چه اندازه کدر به نظر برسد، اثر بگذارند.

کدام تفسیر درست است؟ پاسخ کوتاه این است: هنوز نمی‌دانیم. با این حال، مدل‌سازی آماری این گروه از واقعی بودن تغییرات پشتیبانی می‌کند، نه اینکه آن‌ها را صرفا نویز یا اتفاقی گذرا بداند. اگر حلقه‌های اطراف قنطورس‌ها بتوانند در بازه‌های چندساله تکامل یابند، نظریه‌های مربوط به شکل‌گیری و پایداری چنین سامانه‌های حلقه‌ای باید دوباره بررسی شوند. این موضوع پیامدهایی گسترده برای درک ما از پویایی اجرام کوچک در سراسر منظومه شمسی دارد.

مؤسسه اخترفیزیک اندلس کل این تلاش را هماهنگ کرد؛ از پیش‌بینی اختفا تا اجرای مدل‌هایی که افت‌های بسیار کوچک در نور ستاره را به محدودیت‌های فیزیکی درباره کدری حلقه‌ها تبدیل کردند. این همکاری پژوهشگرانی از اسپانیا، برزیل، فرانسه، مجارستان و ایالات متحده را دربر می‌گیرد و یادآوری می‌کند که بیرون کشیدن رازها از تاریکی میان سیاره‌ها تلاشی جهانی است.

پس گام بعدی چیست؟ اختفاهای بیشتر، مقایسه‌های دقیق‌تر، فیلترهای بهتر و صبر. حلقه‌ها قصه‌گو هستند؛ آن‌ها برخوردها، مهاجرت‌ها و کشمکش‌های گرانشی کوچک را بایگانی می‌کنند. ما تازه شروع کرده‌ایم آخرین فصل داستان خاریکلو را بخوانیم.