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Ringe um Chariklo verändern sich in wenigen Jahre
Die beiden schmalen Ringe des rund 250 Kilometer großen Zentauren Chariklo entwickeln sich offenbar in entgegengesetzte Richtungen. JWST-Daten und frühere Sternbedeckungen zeigen, dass der innere Ring deutlich undurchsichtiger geworden ist, während der äußere viel schwächer erscheint. Beim äußeren Ring ist allerdings noch offen, wie viel davon echte zeitliche Veränderung und wie viel ein Wellenlängeneffekt ist.
Granada (Spanien). Ringstrukturen um kleine Körper galten lange als seltene und eher stabile Gebilde. Chariklo zeigte 2013 erstmals, dass auch ein nur rund 250 Kilometer großer Körper zwischen Saturn und Uranus zwei dichte Ringe tragen kann. Seitdem wurden die beiden schmalen Ringe bei mehreren Sternbedeckungen vermessen, wenn Chariklo vor einem Hintergrundstern vorbeizieht und dessen Licht kurz abschwächt.
Am 18. Oktober 2022 nutzte ein internationales Team das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) für eine besonders präzise Sternbedeckungsmessung, über deren damals noch vorläufige Auswertung scinexx bereits im Beitrag zur ersten JWST-Sternbedeckung von Chariklos Ringen berichtet hatte. Nun liegt die Fachauswertung vor, die die JWST-Daten mit Beobachtungen aus den Jahren 2013, 2014 und 2017 vergleicht.
Forscher des Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) um Pablo Santos-Sanz haben die JWST-Lichtkurven mit den früheren Okkultationsdaten verglichen. Beim inneren Ring C1R stieg die normale Opazität, also der Anteil des verdeckten Sternlichts, von zuvor durchschnittlich 0,303 ± 0,028 auf 0,431 ± 0,012 in den JWST-Daten. Dieser Unterschied ist statistisch deutlich und lässt sich nach den Modelltests nicht allein durch die andere Beobachtungswellenlänge erklären.
Auch die äquivalente Breite, ein Maß für die über den Ring integrierte Abschwächung des Sternlichts, weist auf eine Veränderung hin. Für C1R liegt sie in den JWST-Daten rund 50 Prozent höher als in den früheren Messungen, weshalb die Forscher eine tatsächliche Zunahme des wirksamen Querschnitts der Ringpartikel für wahrscheinlich halten. Dahinter könnten mehr Material oder Kollisionen stecken, die größere Teilchen in kleinere Körner zerlegen.
Der äußere Ring C2R verhält sich dagegen anders, denn seine äquivalente Breite nahm zwischen den Messungen von 2017 und 2022 um rund 60 Prozent ab. Im JWST-Band bei 1,5 Mikrometern war C2R nur schwach nachweisbar und im gleichzeitig aufgenommenen Band bei 3,2 Mikrometern nicht signifikant, während seine radiale Lage mit früheren Messungen vereinbar blieb.
Für diesen schwächeren Ring sind zwei Hauptdeutungen möglich, weil C2R tatsächlich Material verlieren und damit eine kurzlebige, sich auflösende Struktur sein könnte. Alternativ könnten sehr kleine Partikel das Sternlicht bei sichtbaren und infraroten Wellenlängen unterschiedlich stark abschwächen, wobei die Modellierungen mit silikatreichen Körnern im Bereich von etwa 0,2 bis 0,5 Mikrometern vereinbar sind. Zeitliche Entwicklung und Wellenlängeneffekt schließen sich zudem nicht gegenseitig aus.
Dass die Messung so empfindlich ausfiel, lag auch an der Geometrie der Begegnung, denn JWST bewegte sich relativ zu Chariklo nur mit etwa 2,5 Kilometern pro Sekunde. NIRCam erfasste die Sternhelligkeit in zwei Infrarotbändern mit rund 3,3 Messungen pro Sekunde, was in Chariklos Entfernung einer Abtastung von ungefähr 750 Metern pro Einzelmessung entspricht.
Die Sternbedeckung musste dafür mit hoher Genauigkeit vorausberechnet werden, wobei die Position des Hintergrundsterns aus der Gaia-Mission stammte und zugleich Chariklos Bahn sowie die veränderliche JWST-Trajektorie um die Lagrange-Region L2 berücksichtigt werden mussten. Die Ringe selbst sind zu schmal und Chariklo zu weit entfernt, um sie selbst mit JWST räumlich getrennt direkt abzubilden.
Damit zeigen die Daten, dass zumindest der innere Ring innerhalb weniger Jahre messbar verändert ist, während beim äußeren Ring offenbleibt, welcher Anteil des schwächeren Signals auf echten Materialverlust zurückgeht. Eine weit