Im Jahr 2013 entdeckten Felipe Braga-Ribas und Mitarbeiter mit bodengestützten Teleskopen, dass Chariklo ein System aus zwei dünnen Ringen beherbergt. Solche Ringe hatte man nur um große Planeten wie Jupiter und Neptun erwartet.
Die Astronomen hatten einen Stern beobachtet, als Chariklo davor vorbeiging und das Sternenlicht blockierte, wie sie es vorhergesagt hatten. Astronomen nennen dieses Phänomen eine Bedeckung. Zu ihrer Überraschung blinzelte der Stern zweimal aus und wieder an, bevor er hinter Chariklo verschwand, und blinzelte erneut doppelt, nachdem der Stern wieder aufgetaucht war. Das Blinken wurde durch zwei dünne Ringe verursacht – die ersten Ringe, die jemals um ein kleines Objekt im Sonnensystem entdeckt wurden.
Pablo Santos-Sanz vom Instituto de Astrofísica de Andalucía in Granada, Spanien, hat ein genehmigtes „Target of Opportunity“-Programm (Programm 1271), um eine Okkultationsbeobachtung als Teil von Webbs Solarsystem Guaranteed Time Observations (GTO) unter der Leitung von Heidi Hammel zu versuchen von der Association of Universities for Research in Astronomy.
Durch bemerkenswertes Glück entdeckten sie, dass Chariklo im Oktober 2022 auf dem Weg zu einem solchen Bedeckungsereignis war. Dies war die erste Sternbedeckung, die mit Webb versucht wurde. Es wurde viel harte Arbeit in die Identifizierung und Verfeinerung der Vorhersagen für dieses ungewöhnliche Ereignis gesteckt.
Am 18. Oktober verwendeten sie das Instrument der Nahinfrarotkamera (NIRCam) von Webb, um den Stern Gaia DR3 6873519665992128512 genau zu überwachen und auf die verräterischen Helligkeitsabfälle zu achten, die darauf hindeuten, dass eine Bedeckung stattgefunden hatte.
Dieses Video zeigt Beobachtungen, die das James Webb Space Telescope der NASA von einem Stern (in der Mitte des Videos fixiert) gemacht hat, während Chariklo davor vorbeigeht. Das Video besteht aus einzelnen Beobachtungen mit dem Nahinfrarot-Kamerainstrument von Webb bei einer Wellenlänge von 1,5 Mikron (F150W), die am 18. Oktober über etwa eine Stunde aufgenommen wurden. Eine sorgfältige Analyse der Helligkeit des Sterns zeigt, dass die Ringe des Chariklo-Systems eindeutig erkannt wurden. Bildnachweis: NASA, ESA, CSA und Nicolás Morales (IAA/CSIC).
Die von Chariklos Ringen erzeugten Schatten wurden eindeutig erkannt, was eine neue Art der Verwendung von Webb zur Erforschung von Objekten im Sonnensystem demonstriert. Der Sternschatten von Chariklo selbst verfolgte sich knapp außerhalb von Webbs Sicht. Dieser Appulse (der technische Name für einen engen Pass ohne Verdeckung) war genau so, wie er nach dem letzten Manöver der Flugbahn des Webb-Kurses vorhergesagt worden war.
Die Webb-Verdeckungslichtkurve, ein Diagramm der Helligkeit eines Objekts über die Zeit, zeigte, dass die Beobachtungen erfolgreich waren. Die Ringe wurden genau wie vorhergesagt erfasst. Die Verdeckungslichtkurven werden interessante neue Erkenntnisse zu Chariklos Ringen liefern.
Santos-Sanz erklärt: „Während wir tiefer in die Daten eintauchen, werden wir untersuchen, ob wir die beiden Ringe sauber auflösen. Ausgehend von den Formen der Verdeckungslichtkurven der Ringe werden wir auch die Dicke der Ringe, die Größen und Farben der Ringe untersuchen Ringpartikel und mehr. Wir hoffen, einen Einblick zu bekommen, warum dieser kleine Körper überhaupt Ringe hat, und vielleicht neue, schwächere Ringe entdecken.“
Die Ringe bestehen wahrscheinlich aus kleinen Wassereispartikeln, die mit dunklem Material vermischt sind, Trümmer eines eisigen Körpers, der in der Vergangenheit mit Chariklo kollidierte. Chariklo ist zu klein und zu weit entfernt, als dass selbst Webb die vom Hauptkörper getrennten Ringe direkt abbilden könnte, daher sind Okkultationen das einzige Werkzeug, um die Ringe selbst zu charakterisieren.
Kurz nach der Bedeckung zielte Webb erneut auf Chariklo, diesmal um Beobachtungen des von Chariklo und seinen Ringen reflektierten Sonnenlichts zu sammeln (GTO-Programm 1272). Das Spektrum des Systems zeigt drei Absorptionsbanden von Wassereis im Chariklo-System.
Noemí Pinilla-Alonso, der Webbs spektroskopische Beobachtungen von Chariklo leitete, sagt: „Spektren von bodengestützten Teleskopen hatten auf dieses Eis hingewiesen (Duffard et al. 2014), aber die exquisite Qualität des Webb-Spektrums offenbarte die klare Signatur von kristallinem Eis zum ersten Mal.“
Dean Hines, der Hauptforscher dieses zweiten GTO-Programms, fügt hinzu: „Da hochenergetische Partikel Eis von einem kristallinen in einen amorphen Zustand umwandeln, deutet die Entdeckung von kristallinem Eis darauf hin, dass das Chariklo-System ständigen Mikrokollisionen ausgesetzt ist, die entweder unberührtes Material freilegen oder eine Kristallisation auslösen Prozesse.“
Das meiste reflektierte Licht im Spektrum stammt von Chariklo selbst: Modelle deuten darauf hin, dass die beobachtete Ringfläche, wie sie von Webb während dieser Beobachtungen aus gesehen wird, wahrscheinlich ein Fünftel der Fläche des Körpers selbst beträgt. Webbs hohe Sensibilität in Kombination mit detaillierten Modellen könnte es uns ermöglichen, die Signatur des Ringmaterials herauszuarbeiten, die sich von der von Chariklo unterscheidet. Pinilla-Alonso kommentiert: „Durch die Beobachtung von Chariklo mit Webb über mehrere Jahre hinweg, während sich der Betrachtungswinkel der Ringe ändert, können wir möglicherweise den Beitrag von den Ringen selbst isolieren.“
Die erfolgreiche Webb-Verdeckungslichtkurve und spektroskopische Beobachtungen von Chariklo öffnen in den kommenden Jahren die Tür zu einer neuen Methode zur Charakterisierung kleiner Objekte im fernen Sonnensystem. Mit der hohen Empfindlichkeit und Infrarotfähigkeit von Webb können Wissenschaftler den einzigartigen wissenschaftlichen Nutzen nutzen, den Verdeckungen bieten, und diese Messungen mit nahezu zeitgleichen Spektren verbessern. Solche Werkzeuge werden für die Wissenschaftler, die entfernte kleine Körper in unserem Sonnensystem untersuchen, ein enormer Gewinn sein.