Güneş Sistemi'ndeki sekiz gezegenin yarısının ekvatorları etrafında toz ve buzdan oluşan halkaları vardır. Mars'ın bir zamanlar bir halkası olduğu düşünülmektedir. Bazı cüce gezegenlerin halkaları vardır (ancak bazen astronomlar nasıl olduğunu anlayamazlar). Bazı asteroitlerin bile halkaları vardır.
Bu soru, Şili'deki Adolfo Ibáñez Üniversitesi'nden astrofizikçi Mario Sucerquia ve meslektaşlarının kafasını kurcalamaya, Güneş Sistemi dışındaki halkalı uydular (kronomonlar olarak adlandırılıyor) üzerine çalışırken başladı.
"Eğer Güneş Sistemimizdeki dev gezegenlerin halkaları varsa, centaurların (Jüpiter'in yörüngesinin ötesindeki asteroitler) ve trans-Neptünyen nesnelerin de halkaları varsa, neden Güneş Sistemindeki uyduların halkaları yok?"
"Başka yerlerde halkaların yaygınlığı göz önüne alındığında bu yokluk mantığa aykırı görünüyordu, bu yüzden halka oluşumunu veya uyduların etrafında uzun vadeli istikrarı engelleyen altta yatan dinamik nedenler olup olmadığını araştırmak istedik."
Henüz Güneş Sistemi dışında bir uyduyu tespit edemedik, ancak Sucerquia ve meslektaşları 2021'de yeterince büyük bir halka sistemine sahip olması durumunda, kendini belli edecek kadar yıldız ışığını engelleyebileceğini varsaydılar.
Ancak daha sonra, aslında halkalı bir uyduyu hiç görmediğimiz akıllarına geldi — bu da onların var olamayacağı ihtimalini ortaya çıkardı.
Elinde bir soru ve simülasyon araçları olan bir gökbilimciyseniz, yapılacak tek bir şey vardır: kozmik sistemlerin küçük modellerini yapar ve onları harekete geçirdiğinizde neler olduğunu incelersiniz.
Şimdi, Güneş Sistemi'ndeki farklı uyduların etrafında halkaların oluşabileceği pek çok hammadde var. Bazıları kraterlerle kaplıdır; çarpışma sırasında fırlayan toz potansiyel olarak bir halka oluşturabilir. Diğerleri buhar ya da gaz çıkarır. Yani orada bir sorun yok.
Ayın, ev sahibi gezegenin ve muhtemelen diğer uyduların kütleçekimsel etkisinin halkaların yerleşmesi için çok güçlü olabileceğini düşünen araştırmacılar, N-cisim simülasyonlarını kullanarak testler tasarladı ve gerçekleştirdi.
Örneğin, Satürn'ün önemli jeolojik faaliyetlere sahip bir uydusu olan Enceladus, güney kutup bölgesindeki gayzerlerden su buharı, buz parçacıkları ve gazlar çıkarmaktadır. Bu malzeme, uydunun etrafında bir halka oluşturmak yerine, komşu uydularla olan yoğun etkileşimler nedeniyle gezegenin yörüngesine aktarılıyor ve Satürn'ün E halkasını besliyor.
Başka bir deyişle, uydular halkalar için hammaddenin bir kısmını üretirken, çevredeki ortam daha büyük kütleli gezegenin bunu tutmasını sağlayarak uyduların etrafında halka oluşumunu önlüyor.
NASA bugüne kadar Güneş Sistemimizdeki gezegenlerin yörüngesinde çoğu Jüpiter ve Satürn'de olmak üzere 293 uydu saymıştır. Ayrıca cüce gezegenlerin ve hatta asteroitlerin yörüngesinde de uydular var.
Sucerquia ve ekibi simülasyonlarını, tek uydulu Dünya'dan Jüpiter ve Satürn'ün daha büyük uydularına kadar Güneş Sistemi cisimlerinin etrafında bulunabilecek uyduları taklit edecek şekilde tasarladı. Bu cisimlerin kararlılığını, yerçekimsel ortamlarını, olası halka sistemlerini ve zaman içinde nasıl değiştiklerini incelemek istediler.
Ve sonuçlar hiç de araştırmacıların beklediği gibi olmadı.
Başlangıçta halkaların tamamen kararsız olması bekleniyordu, bu da soruyu doğrudan yanıtlardı. Ancak beklentilerin aksine, bu yapıların birçok durumda oldukça kararlı olduğunu gördüler.
"Aslında daha önceki bir makalemizde izole ayların kararlı halkalara sahip olabileceğini göstermiştik, ancak halkalarını bozan birçok başka ay ve gezegenin bulunduğu düşmanca bir yerçekimi ortamındaki ayların yine de kararlılığını koruyacağını tahmin etmemiştik. Bu düşmanca ortamın halkaları yok etmek yerine, Satürn'ün halkalarında gözlemlenenlere benzer boşluklar ve dalgalar gibi yapılar yaratarak onlara büyük bir güzellik kattığını fark ettiğimizde ise ek bir sürprizle karşılaştık."
Güneş Sistemi uydularında geçmişte halkaların varlığına işaret eden bazı özellikler bulunmaktadır. Simülasyonlar, Satürn'ün uydusu Rhea'nın yörüngesinde bulunan enkazın bir zamanlar tam bir halka sisteminin son kalıntıları olabileceği yönündeki önerileri destekliyor. Satürn'ün uydusu Iapetus'un ekvatoral sırtında da, tıpkı Satürn'ün halkalarının gaz devine yavaş yavaş yağması gibi, uydunun üzerine düşen bir halkanın kalıntıları olabilir.
Bu bulgular, Güneş Sistemi'nde hiç ay halkası görmememizin nedeninin doğru zamanda doğru yerde bulunmamamız olduğunu düşündürmektedir. Araştırmacılar, Güneş'ten gelen radyasyon basıncı, manyetik alanlar, iç ısınma ve manyetosferik plazmanın hepsinin bir zamanlar var olan ay halkalarının kaybına katkıda bulunduğunu söylüyor.
Sucerquia, "Bu yapıların artık mevcut olmadığı bir dönemde Evreni gözlemlemeye başladığımız için bu konuda biraz şanssız olabileceğimize inanıyorum. Bu çalışmayı yaptıktan sonra, bu halkaların geçmişte de var olduğuna ikna oldum." diyor.
Bu biraz moral bozucu. Ama çok akla yatkın. Araştırmalar Satürn'ün halkalarını görmemizin tek nedeninin doğru zamanda doğru yerde olmamız olduğunu gösteriyor. Tutulmaları da aynı nedenle görüyoruz; Ay Dünya'dan uzaklaşıyor ve zamanla Güneş'i tamamen engelleyemeyecek kadar uzaklaşacak.
Araştırmacılar, radyasyon basıncı ve manyetik alanlar gibi daha fazla parametre içeren daha fazla simülasyonun, ay halkalarının eksikliğini daha ayrıntılı olarak anlamamıza yardımcı olabileceğine inanıyor. Sucerquia ayrıca, Iapetus'un sırtı gibi halkaların geçmişteki kanıtlarını aramak için uyduları daha dikkatli incelememizi önerdi.
Bu arada, o ve meslektaşları, yabancı yıldızların yörüngesindeki yabancı dünyaların yörüngesinde olabilecek halkalı uyduları arayarak araştırmalarını genişletiyorlar.
Araştırma Astronomy & Astrophysics dergisine kabul edilmiştir ve arXiv'de mevcuttur.