Az égitestek körüli gyűrűk, gyűrűrendszerek kialakulása egyáltalán nem ritka jelenség. A Naprendszerben is számos példát találunk látványos és kevésbé látványos, de mindenképpen érdekes gyűrűképződésre. Az óriásbolygók körül megfigyelt, jégkristályokból, aszteroidákból és porból álló impresszív gyűrűrendszereken túl két kentaur aszteroida – a Jupiter és a Neptunusz között keringő kisbolygók – körül is találtak gyűrűket (10199 Chariklo, 2060 Chiron).

2017. január 21-én egy csillagfedés alkalmával gyűrűrendszert fedeztek fel az első Neptunuszon túl keringő (Trans Neptunian Object – TNO) objektum körül is. A tojás alakú Haumea törpebolygótól mintegy 2300 km-re egy 70 km szélességű gyűrű kering a kis égitest tengelyforgási idejénél háromszor lassabban. Ezt követően, 2023. február 8-án egy, a brazil Bruno Morgado professzor (Federal University of Rio de Janeiro) vezette tudóscsoport egy újabb TNO, a kb. 1110 km átmérőjű Quaoar törpebolygó körüli gyűrűről jelentetett meg egy cikket a Nature magazinban.

A Cassini űrszonda egyik leghíresebb felvétele a Szaturnuszról. Miközben a bolygó eltakarja a Napot, láthatóvá válik kiterjedt gyűrűrendszere (NASA/JPL/Space Science Institute)

A Quaoar a kaliforniai őslakos tongva nép teremtő istensége után kapta a nevét, aki énekkel és tánccal hozta létre a világmindenséget. Az égitestet 2002. június 4-én fedezték fel Chad Trujillo and Michael Brown amerikai csillagászok a San Diego-tól északra található Palomar Obszervatóriumban. A (törpebolygó-jelölt) kisbolygó a Kuiper-övben, a Naptól majd 6,5 milliárd km-re kering és alig 289 évbe telik, mire megkerüli a központi csillagunkat. A planetoidnak van egy kb. 170 km átmérőjű holdja, amit Quaoar isten első teremtménye után Weywotnak neveztek el.

A gyűrűs Quaoar és Weywot nevű holdja (ESA; CC BY-SA 3.0 IGO)

A 2018-2021-ig terjedő időszakban a törpebolygó-jelölt égitest több csillagfedését is megfigyelték a csillagászok. Rögzítették, ahogy a Quaoar által kitakart csillagok fénye a tényleges okkultáció előtt és után is elhalványodott kis mértékben. Az ígéretes megfigyelési eredményeket követően további vizsgálódásra került sor több földi obszervatórium, valamint az Európai Űrügynökség (ESA) CHEOPS műholdas megfigyelési adatainak az elemzésével. A csillagfedések anomáliáit elemezve Morgado professzor csapata arra a következtetésre jutott, hogy a fényességcsökkenéseket nem a Quaoar, hanem egy körülötte keringő anyagmező, alkalmasint egy gyűrű jelenléte okozhatja. Ez a felfedezés már magában is érdekes és fontos, azonban van a történetnek egy igen különös csavarja.

A megfigyelések adatai alapján felfedezett gyűrű ugyanis az égitesttől mintegy 4150 km-re, vagyis nagyjából 7,4 “Quaoar-sugárnyira” kering. Összehasonlításként, a kicsinyke Weywot hold jóval távolabb, kb. 24 “bolygó-sugárnyira” található. Ráadásul a gyűrű egyáltalán nem szabályos. Szélessége 5 km és 300 km között változik. A keskenyebb részeknél kevésbé tűnik átlátszónak, mint a szélesebb területeken. A Quaoar esetében a megfigyelések alapján kiszámolt gyűrűtávolság igencsak szokatlan, tekintetbe véve a Naprendszerben eddig megfigyelt gyűrűrendszerek jellemzőit.

Ahhoz, hogy megértsük, miért is olyan furcsa a Quaoar gyűrűjének pozíciója, meg kell ismerkednünk a Roche-határ fogalmával. A Roche-határ egy égitesttől mért kritikus távolság, amelyen belül az adott égitest gravitációja – az általa keltett árapály erők – nem teszik lehetővé egy másik, kisebb égitest keletkezését. A Roche-határon belül a nagyobb égitest tömegvonzási ereje meghaladja a kisebb égitest összetartásához szükséges gravitációs erőt. A fizikai szabályok (és az eddigi megfigyelések) szerint a Roche-határon belül keringő anyagtörmelékre, gyűrűkre míg a határon kívül holdakra számíthatunk. Egy égitest körül keringhet törmelék a Roche-határon túl is, de ott a fizikai modellek szerint az anyagdaraboknak viszonylag rövid idő alatt össze kellene állniuk egy nagyobb objektummá.

A Quaoar gyűrűje az égitest Roche-határának több, mint 2-szeres távolságában kering. Ez igen szokatlan, hiszen a Naprendszerben egyetlen másik égitestnek sincs a Roche-határon túli gyűrűrendszere. További megfigyelésekre lesz szükség ahhoz, hogy pontosan kiderüljön, miért nem alakult át az Quaoar gyűrűje egy holddá ilyen távol a központi égitesttől, azonban a kutatók már most is több lehetséges magyarázatot vizsgálnak.

Elképzelhető, hogy a gyűrűt alkotó törmelék valamilyen oknál fogva inkább lepattan egymásról (pl. jeges törmelékből áll), mintsem, hogy összetapadna. Egy másik lehetőség, hogy a Weywot holdacska, vagy akár egy még fel nem fedezett Quaoar-hold olyan gravitációs zavarokat okoz a gyűrűben amelyek megakadályozzák az anyagdarabkák stabil összekapcsolódását. A Quaoar gyűrűjének felfedezése miatt a kutatóknak talán felül kell vizsgálniuk a bolygók, törpebolygók és egyéb égitestek körül keringő holdak és a gyűrűk kialakulásáról alkotott elképzeléseiket.