Sterrenkunde Met hulp van een burgerwetenschapper hebben Japanse astronomen een dampkring kunnen zien rondom een piepklein object in een baan voorbij Neptunus.
Impressie van ruimterotsblok 2002 XV-93, die een achtergrondster verduistert. De lichtkracht van de ster neemt geleidelijk af, wat wijst op een dunne atmosfeer. De planetoïde is hier rond weergegeven maar is in werkelijkheid meer aardappelvormig. XV-93 is zo'n 550 kilometer breed.
Op 10 januari 2025, gedurende tien seconden, verduistert een uit de kluiten gewassen rotsblok in een uithoek van het zonnestelsel een heel gemiddelde ster. Vanuit Japan nemen drie telescopen de gebeurtenis waar, waaronder één van een amateurastronoom. Aan de hand van die metingen concluderen Japanse sterrenkundigen nu in Nature Astronomy dat dat rotsblok, zo’n 550 kilometer in diameter, een zeer ijle atmosfeer bij zich draagt. Het is, na dwergplaneet Pluto, het eerste object buiten de baan van Neptunus waarbij een dampkring is ontdekt.
Dat is verrassend, want zo’n klein hemellichaampje is doorgaans slecht in het vasthouden van een atmosfeer. De zwaartekracht van een dergelijk rotsblok is zodanig zwak dat moleculen in de atmosfeer door hun warmte-energie al hard genoeg trillen om te ontsnappen – zelfs bij de lokale temperaturen van 50 graden boven het absolute nulpunt. De onderzoekers rekenden uit dat een atmosfeer rondom 2002 XV-93, zoals het rotsblok heet, al na zo’n duizend jaar volledig verdampt zou moeten zijn. Een oogwenk, op kosmische tijdschalen.
En toch hebben de sterrenkundigen een atmosfeer gezien. Niet direct, maar via de lichtkracht van de ster waar XV-93 voorlangs schoof. Vlak voor diens verduistering daalde de helderheid niet abrupt, zoals je bij een atmosfeerloos rotsblok zou verwachten, maar geleidelijk gedurende zo’n drie seconden. Dan volgt een scherpe daling, een volledige verduistering van vijftien seconden, en weer een geleidelijke toename.
Dit helderheidsprofiel, waargenomen door een telescoop van het centraal in Japan gelegen Kiso-observatorium, werd aangevuld door data die een amateurastronoom vergaarde in Fukushima. Een waardevolle toevoeging, vertelt hoofdonderzoeker Ko Arimatsu (Universiteit van Tokyo) per mail: „Meneer Hosoi, de hobbyist, is zeer vaardig op het gebied van sterverduisteringen. Zijn telescoop stond aan de rand van het verduisterde gebied, een cruciale plek om een atmosfeer te detecteren. In ons vak kunnen zelfs kleine telescopen van groot belang zijn als ze op de juiste plek staan.”
Samengenomen laten de observaties weinig te gissen over: alleen een atmosfeer kan de aard van deze verduistering verklaren. En wel een flinterdunne, volgens de modellen die de sterrenkundigen op de waarnemingen loslieten. Afhankelijk van of de dampkring van XV-93 voornamelijk uit methaan, koolstofmonoxide of stikstof bestaat, ligt de atmosferische druk tussen de 124 en 177 nanobar – een nanobar is een miljardste van één bar, de luchtdruk bij zeeniveau op aarde. Zelfs vergeleken met Pluto (10 microbar) is de atmosfeer dus enorm dun, maar nog altijd honderd keer zo dik als sterrenkundigen verwachten rondom een klein object rond de baan van Pluto.
Er zijn twee manieren waarop XV-93 deze atmosfeer bemachtigd kan hebben, legt Arimatsu uit. „Het gas kan afkomstig zijn uit het binnenste van het object, via koude vulkanen. Daarbij ontsnapt het gas via scheuren in het ijzige oppervlak. De andere mogelijkheid is een recente botsing met een kleiner brok ijs, waarbij de inhoud rondom de planetoïde is blijven hangen. Momenteel kunnen we geen van beide opties uitsluiten, al zou ik de voorkeur geven aan gas van binnenuit: we verwachten dat botsingen zeer zeldzaam zijn.”
Volgens de onderzoekers kan het antwoord uit vervolgwaarnemingen blijken, onder andere met behulp van amateurastronomen als Hosoi. Nieuwe sterverduisteringen vinden namelijk vaak genoeg plaats om de atmosferische druk gedurende langere tijd te volgen. Blijkt daaruit dat de atmosfeer langzaam verdampt en dus niet vanuit het binnenste van de planetoïde wordt aangevoerd, dan moet een botsing de oorsprong van de atmosfeer zijn. Als de atmosfeer stabiel blijkt, is dat juist een sterke aanwijzing voor een interne bron van gas. In elk geval is duidelijk dat ijzige objecten voorbij de baan van Neptunus actiever zijn dan gedacht, zegt Arimatsu.
Burgerwetenschappers als Hosoi kunnen helpen om sterverduisteringen in kaart te brengen via beroepsvereniging IOTA/EA, de Oost-Aziatische tak van de International Occultation Timing Association. De vereniging verbindt professionele astronomen met amateurs, om gebruik te maken van een grote hoeveelheid kleine telescopen. Op basis van voorspelde sterverduisteringen kan de juiste telescoop snel schakelen naar de juiste ster om data te verzamelen, zoals de waarnemingen van Hosoi cruciaal bleken voor het onderzoek naar XV-93.
Op de hoogte van kleine ontdekkingen, wilde theorieën, onverwachte inzichten en alles daar tussenin