女凯龙星环

女凯龙星环

小行星10199 环,半人马小行星(10199) 女凯龙星有明亮的环系统,包含两道狭窄但密集,宽度分别为7公里和3公哩,相距14公里的环。它们是被位于 智利 的欧洲南方天文台在2013年6月3日的一次恒星掩星事件中发现的,使女 凯龙星 成为唯一已知有环的 小行星 。这个发现令人很意外,因为一般认为只有在质量更大许多的 天体 才会有稳定的环系统。女凯龙星环的发现是一项出乎科学家意料的发现,因为一般认为只有在质量更大许多的天体才会有稳定的环系统。在这之前无论是以直接 摄影 或 掩星 都没有发现小行星的环系统。天文学家们仍不知道 小行星10199 能维持环系统长期存在的原因,但小型 牧羊犬 卫星 的存在可以限制环系统的范围。发现的小组昵称这两道环是“Oiapoque”和“Chuí”,分别是巴西北部和南部靠着海边的河流,稍后会向IAU提交正式的名称。

发现

女凯龙星是 土星 和 天王星 之间已确认的半人马小行星中体积最大的。在发现星环前天文学家即预测在 南美洲 将可在2013年6月3日观测它从 天蝎座 内亮度 R=12.4 的 恒星 UCAC4 248-108672 前方通过的 掩星 现象。

影片显示 小行星10199 从一颗恒星前方通过发生了什么事情。除了 小行星 阻挡星光造成预期的光度下降,在之前和之后都还各有两次较小的光度衰减,显示有两道环存在。但只有在内侧密度较高的环可以直接观测到,第二道环与它合并在一起而无从分辨。

在位于 阿根廷 、巴西、 智利 和 乌拉圭 共13座望远镜的协力观测之下,在位于 里约热内卢 巴西国家天文台任职的博士后研究员费利佩· 布拉加· 里巴斯(Felipe Braga Ribas)为首的共66位来自12国34个研究机构的天文学家因此得以观测该次 掩星 。并且在 恒星 消失在 小行星10199 后方时观测到了星环存在的现象。在拉西拉天文台的口径1.54米 丹麦 望远镜因为使用了拍摄速度远高于其他望远镜(频率10 Hz)的幸运成像技术,成为该次掩星观测中唯一能解析出个别星环影像的望远镜。

在该次掩星事件中,女凯龙星的亮度变化从14.7等(恒星与女凯龙星)到18.5等(只有女凯龙星),并且持续时间最长19.2秒。这3.8等的差异代表最亮时是最暗时亮度的32.5倍。主要的 掩星 事件伴随了4个在亮度 光变曲线 上可见的小幅度亮度下降,并且在 小行星10199 遮蔽 恒星 前7秒和后7秒时各发生2次。这些次要的掩星事件代表有物体部分遮蔽了恒星 UCAC4 248-108672 的光线。这些次要掩星事件发生时间间隔对称,并且在多个天文台被多次观测,因此除了可以得知该物体的形状与体积以外,还能得知它的厚度、方向与环平面位置。根据数个次要掩星的观测,天文学家相对地一致认定是星环,排除了类似 彗星 的物体喷发等其他解释。

起源

女凯龙星环的形成仍未知,但可能是来自女凯龙星受到撞击、或原先存在的多颗 卫星 之间撞击、或原先存在的逆形轨道卫星被女凯龙星潮汐力粉碎等原因产生的 岩屑盘 碎片,或是彗星活动或自转受干扰而喷发到女凯龙星表面的物质组成。如果环是因为 天体 和 小行星10199 的撞击而形成,撞击体必须是以低速和女凯龙星相撞,否则撞击产生的物体将会被喷到女凯龙星的 希尔球 范围之外。

在外 太阳系 的天体撞击速度通常是约1 km/s(相较之下,女凯龙星表面的逃逸速度约为0.1 km/s),甚至比 柯伊伯带 内动力活跃前的撞击速度低。这项事实支持女凯龙星的环可能形成于女凯龙星在柯伊伯带时,而女凯龙星距今1000万年内才从柯伊伯带迁移到目前的轨道。在 小行星带 内的 天体 撞击速度更高(约5 km/s),也许可以解释小行星带内天体至今尚未发现有星环存在的原因。星环内物质之间的碰撞可能会使星环宽度大幅增加,并且坡印亭-罗伯逊效应会导致环内物质在数百年内将落入所环绕的中央 天体 ,要维持星环的稳定存在必须要有一个环内物质的活跃来源,或者是被小天体(千米尺度)或尚未被发现的 牧羊犬 卫星 约束著。因为 小行星10199 环和女凯龙星本体的径向分离程度极小,至今仍难以在地球上直接观测到牧羊犬卫星。

特性

环的方向和性质

环的方向被认为在2008年是以侧面朝向着 地球 。这可能解释了在1997至2008年之间的光度下降1.75倍的原因,以及在这段期间从环表面光谱中逐渐消失的水冰和其他物质。2008到2013年这个环系统的亮度增为先前的1.5倍,并且 红外线 波段中的水的 谱线 重新出现。这暗示环中至少有一些部份物质是由水冰组成。一个由水冰组成的环密度也和 小行星10199 的 洛希极限 内被分裂物体的预期密度一致。

2013C1R(Oiapoque)

C1R 的等效深度(基于环的可视几何建立的与环内物质含量相关的参数)在观测期间有21%的变化。在 天王星环 掩星 的观测中,同样是狭窄的环,也有相似的不对称;这可能是因为 共振 造成星环的宽度和光深度变化。C1R的柱密度推测是30到100 g/cm,代表相当于一个直径2千米,以水冰组成的物体。

2013C2R(Chuí)

C2R的宽度是较亮环的一半,并且在其外侧,轨道半径404.8千米。它的光深度为0.06,因此较另一个环模糊。它的质量大约是 C1R 的十二分之一,约相等于一个直径约1千米的水冰组成物体。