Første globale simulering giver ny indsigt i ringsystemet

Et team af forskere i Japan modellerede de to ringe omkring Chariklo, det mindste legeme i solsystemet, der vides at have ringe (figur 1). Det er første gang, et helt ringsystem er blevet simuleret ved hjælp af realistiske størrelser for ringpartiklerne, mens der også tages højde for kollisioner og gravitationsinteraktioner mellem partiklerne. Holdets simulering afslørede information om størrelsen og tætheden af ​​partiklerne i ringene. Ved at overveje både den detaljerede struktur og det globale billede for første gang, holdet fandt ud af, at Chariklos indre ring skulle være ustabil uden hjælp. Det er muligt, at ringpartiklerne er meget mindre end forudsagt, eller at en uopdaget hyrdesatellit omkring Chariklo stabiliserer ringen.

For at belyse den detaljerede struktur og udvikling af Chariklos ringe, Dr. Shugo Michikoshi (Kyoto Women's University/University of Tsukuba) og prof. Eiichiro Kokubo (National Astronomical Observatory of Japan, NAOJ) udførte simuleringer af ringene ved at bruge supercomputeren ATERUI på NAOJ. De beregnede bevægelserne af 345 millioner ringpartikler med den realistiske størrelse på få meter under hensyntagen til de uelastiske kollisioner og gensidige tyngdekrafttiltrækninger mellem partiklerne. Takket være ATERUIs mange CPU'er og den lille størrelse af Chariklos ringsystem, forskerne udførte med succes den første globale simulering nogensinde med partikler af realistisk størrelse.

Deres resultater viser, at tætheden af ​​ringpartiklerne skal være mindre end halvdelen af ​​densiteten af ​​Chariklo selv. Deres resultater viste også, at et stribet mønster, kendt som "selv-tyngdekraften vågner, " dannes i den indre ring på grund af vekselvirkninger mellem partiklerne (Figur 2). Disse selvtyngdekraftsvågninger fremskynder opbrydningen af ​​ringen. Holdet genberegnede den forventede levetid for Chariklos ringe baseret på deres resultater og fandt ud af, at den kun var 1 til 100 år, meget kortere end tidligere skøn. Den er så kort, at det er overraskende, at ringen stadig er der.

Forskerholdet foreslog to muligheder for at forklare ringens fortsatte eksistens. "Små ringpartikler er en mulighed. Hvis størrelsen af ​​ringpartiklerne kun er nogle få millimeter, ringene kan vedligeholdes i 10 millioner år. En anden mulighed er eksistensen af ​​en uopdaget hyrdesatellit, som bremser opløsningen af ​​ringene." forklarer prof. Kokubo.

Dr. Michikoshi tilføjer, "Samspillet mellem ringene og en satellit er også en vigtig proces i Saturns ringe. For bedre at forstå effekten af ​​en satellit på ringstrukturen, vi planlægger at konstruere en ny model for dannelsen af ​​Chariklos ringe."

Ringsystemer, såsom de ikoniske ringe omkring Saturn og Uranus, er sammensat af partikler, der spænder fra centimeter til meter i størrelse. Indtil nu, vanskeligheden ved at beregne banerne og den gensidige interaktion mellem alle disse partikler havde forvirret forsøg på at studere ringe gennem computersimuleringer. Tidligere forskere har enten kun simuleret en del af et ringsystem og ignoreret den overordnede struktur, eller brugt urealistisk store partikler og ignoreret de detaljerede strukturer.

I 2014 to ringe adskilt af et hul blev opdaget omkring Chariklo, den største kendte kentaur. Kentaurer er små kroppe, der vandrer mellem Jupiter og Neptun. Selvom Chariklo kun er hundredvis af kilometer stor, dens ringe er lige så uigennemsigtige som dem omkring Saturn og Uranus. Således tilbød Chariklo en ideel chance for at modellere et komplet ringsystem.