Schmuck der astronomischen Art: Forscher haben um den Planetoiden Quaoar am Rande unseres Sonnensystems einen Ring identifiziert. Erstaunlicherweise umkreist er den Himmelskörper in einer viel größeren Entfernung als es für andere bekannte Ringsysteme typisch ist. Bisherigen Annahmen zufolge sollte das Material dort eigentlich zu einem Mond verklumpen. Dies wirft nun Fragen auf, wie sich der Ring um Quaoar gebildet haben könnte.

Der Saturn ist das berühmteste Beispiel: Seine Ringe sind so groß und hell, dass man sie sogar durch kleine Teleskope erkennen kann. Doch unser Sonnensystem hat noch mehr Ringe zu bieten: Mit leistungsstarken Teleskopen zeigt sich, dass auch die Planeten Jupiter, Uranus und Neptun von solchen Strukturen aus Eisbrocken und anderen Materialien umgeben sind. Darüber hinaus wurden auch bereits bei kleineren Himmelskörpern im äußeren Sonnensystem Ringe erspäht: bei Chariklo und Haumea. Diesen bekannten Ringträgern hat ein internationales Astronomen-Team nun einen weiteren hinzugefügt: den Himmelskörper Quaoar, der außerhalb der Umlaufbahn des Neptun gemeinsam mit seinem Mond Weywot um die Sonne kreist. Mit einem Durchmesser von rund 1110 Kilometern gilt Quaoar als ein sogenannter Zwergplaneten-Kandidat.

Verräterische Helligkeitsschwankungen

Entdeckt haben die Wissenschaftler den Ring nicht direkt, denn selbst die leistungsfähigsten Teleskope können seine undeutlichen Strukturen nicht optisch erfassen. Stattdessen nahmen sie stellare Okkultationen zu Hilfe: Sie erfassten mit Teleskopen die Helligkeitsschwankungen von Sternen, während Quaoar an ihnen vorbeizog. Unter anderem kam dabei eine Hochgeschwindigkeitskamera zum Einsatz, mit der das Gran Telescopio Canarias (GTC) auf La Palma ausgerüstet ist. Die Daten zeigten zwei feine Verdunklungsereignisse des Sternenlichts bei der Passage von Quaoar, die schnell aufeinander folgten. Aus den Berechnungen des Teams ging hervor, dass diese Helligkeitsschwankungen auf einen Ring zurückzuführen sind, der den Himmelskörper in einem Abstand umkreist, der dem Siebenfachen seines Radius entspricht.

Dabei handelt es sich um einen überraschend großen Abstand. Zum Vergleich: Die Hauptringe um Saturn liegen innerhalb von drei Planetenradien. Wie die Forscher erklären, liegt der Ring des Quaoar weit außerhalb der sogenannten “Roche-Grenze”. Sie gilt als die weiteste Entfernung, die bisherigen Annahmen zufolge ein dauerhaftes Überleben eines Rings ermöglicht. Demnach verhindern nur in diesem Bereich die Gravitationseffekte eines Himmelskörpers, dass sich Ringmaterial zusammenballt. Weiter außen formen sich die Klumpen hingegen zu Monden zusammen. “Es war eine unerwartete Entdeckung in unserem Sonnensystem und die Merkmale waren dabei doppelt unerwartet“, sagt Co-Autor Vik Dhillon von der University of Sheffield.

Mysteriöser Abstand

Wie die Forscher erklären, liegen die bisher bekannten Ringe nahe oder innerhalb der Roche-Grenze. Aber im Fall von Quaoar ist die Struktur 4100 Kilometer weit von seinem Zentrum entfernt, während seine Roche-Grenze bei 1780 Kilometern liegt. Der gängigen Theorie zufolge müssten die gegenseitigen Anziehungskräfte der Ring-Brocken dort zu größeren Ansammlungen führen. Die Existenz der nun entdeckten Struktur um Quaoar ist somit rätselhaft, sagen die Astronomen.

In ihrer Studie diskutieren sie auch mögliche Erklärungsansätze. Es könnte sich um die Trümmer einer Kollision handeln, könnte man meinen. Doch den Forschern zufolge erscheint dies wenig plausibel. Denn es würde nur wenige Jahrzehnte dauern, bis sich das Material wieder zusammengeballt hätte. Die Wahrscheinlichkeit, dass wir genau auf diese kurze Phase blicken, erscheint somit eher gering. Eine andere Erklärung wäre, dass das Ringmaterial besonders elastisch ist, wodurch die Partikel bei Kollisionen eher auseinanderfliegen als zusammenzukleben. Eine weitere Möglichkeit wäre, dass die Ringteilchen externen gravitativen Störungen ausgesetzt sind, die ihre Kollisionsgeschwindigkeiten hoch genug halten, um eine Aggregation zu verhindern. Es erscheint auch tatsächlich möglich, dass der bekannte Mond Weywot – oder weitere bisher unentdeckte Trabanten eine solche Wirkung ausüben könnten, sagen die Forscher.

„Zukünftige Beobachtungen von Quaoars Ring sollten nun die spezifischen Mechanismen bestimmen, die für seine Existenz verantwortlich sind“, schreibt Matthew Hedman von der University of Idaho Moscow in einem Kommentar zur Studie. Abschließend sagt Dhillon: “Jeder lernt als Kind etwas über die herrlichen Ringe des Saturn und wir hoffen, dass diese neue Entdeckung weitere Erkenntnisse über die Entstehung solcher Strukturen liefert”, so der Astronom.

Quelle: University of Sheffield, Fachartikel: Nature, doi: 10.1038/s41586-022-05629-6

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