Por décadas, os astrônomos pensavam que anéis eram algo que apenas os planetas gigantes possuíam. Isso mudou em 2013, quando um pequeno corpo escuro orbitando entre Saturno e Urano passou na frente de uma estrela e piscou duas vezes em ambos os lados do evento principal, revelando dois anéis estreitos ao redor de um objeto com apenas 250 quilômetros de diâmetro.

“Foi uma surpresa”, diz Pablo Santos-Sanz, astrônomo do Instituto de Astrofísica de Andalucía em Granada, Espanha. Desde então, a questão tem sido do que esses anéis são feitos e quanto tempo eles podem durar.

Em um estudo recente, Santos-Sanz e seus colegas usaram o Telescópio Espacial James Webb para observar o mesmo corpo, agora conhecido como Chariklo, passar na frente de uma estrela de fundo novamente. Eles descobriram que um de seus anéis havia ficado mais denso e o outro quase havia desaparecido. Não sabemos exatamente o porquê.

A técnica por trás da observação é simples. “Prevemos quando um objeto do Sistema Solar passa na frente de uma estrela”, disse Santos-Sanz.

A luz da estrela diminui por um momento, e a forma dessa queda revela o tamanho, a forma e o entorno do objeto que a causou. “Isso é particularmente desafiador para corpos menores, e mais desafiador para corpos menores distantes”, disse ele.

A dificuldade é que a silhueta do alvo no céu é minúscula, e saber quando ele cruzará uma estrela específica exige dados de posicionamento muito precisos para ambos. Ainda assim, em 2013, usamos telescópios terrestres para discernir os dois anéis de Chariklo, C1R e C2R.

Estes ficavam a 390 e 405 quilômetros de seu centro e tinham apenas alguns quilômetros de largura e cerca de 7 quilômetros de distância. Fazer isso com um telescópio baseado no espaço, no entanto, torna o alinhamento das coisas consideravelmente mais difícil.

O JWST fica no ponto de Lagrange L2, e os controladores precisam dar um leve empurrão no telescópio a every poucas semanas para manter sua órbita estável. “É um tipo de tarefa complicada”, disse Santos-Sanz.

Sua equipe identificou uma possível ocultação de Chariklo em agosto de 2022 e refez a previsão todas as semanas. Entre a primeira previsão e uma das últimas, a linha de visão projetada deslocou-se em cerca de 110 quilômetros, o suficiente para retirá-la completamente do corpo.

Infelizmente, o JWST exige que observações como esta sejam planejadas com pelo menos 14 dias de antecedência. “Fizemos isso talvez um pouco às cegas, porque não sabíamos exatamente onde estava a linha de visão”, disse Santos-Sanz.

“Vou mover um dos maiores e melhores telescópios do espaço, e não sabemos se finalmente conseguiremos capturar isso ou não.” Mas tudo deu certo. A ocultação ocorreu em 18 de outubro de 2022.

A geometria reconstruída mostra que a linha de visão do JWST para a estrela de fundo passou raspando a 7,4 quilômetros acima da superfície de Chariklo, errando o corpo, mas alcançando seus anéis. O JWST registrou o evento simultaneamente em duas bandas do infravermelho próximo, a 1,5 e 3,2 micrômetros.

Isso marcou a primeira vez que alguém capturou os anéis de um corpo menor em uma faixa além de três micrômetros — uma faixa que a atmosfera da Terra deixa fora do alcance dos telescópios terrestres. O anel interno apareceu inconfundivelmente, com bordas abruptas e distintas, mas era muito mais escuro do que antes.

Calculado com base em cerca de 10 ocultações anteriores baseadas na Terra, a opacidade normal de C1R (a fração de luz estelar que ele bloqueia) situava-se em 0,303. O JWST mediu-o em 0,431.

“Não acreditamos no início, então lutamos muito com os dados”, disse Santos-Sanz. A explicação mais direta foi a geometria. Os anéis nem sempre são uniformes, e o JWST pode simplesmente ter cortado um aglomerado mais denso.

Para descartar esse cenário, a equipe construiu um modelo de anel irregular e executou 10 milhões de ocultações simuladas. Reproduzir uma opacidade tão alta quanto a registrada pelo JWST resultou em uma chance de cerca de 1 em 1.000 a 1,5 micrômetros, e 4 em 100.000 a 3,2 micrômetros para uma única medição.

O telescópio capturou o anel duas vezes, entrando e saindo, o que tornou as probabilidades ainda menores do que isso. Santos-Sanz concluiu que o anel interno provavelmente ficou mais espesso.

Ao mesmo tempo, o anel externo fez o oposto. O C2R mal se registrou a 1,5 micrômetros e não apareceu de forma alguma a 3,2, mesmo que o telescópio estivesse gravando o mesmo trecho de anel em ambas as bandas no mesmo instante.

“No começo, nem vimos o anel externo na curva de luz”, disse Santos-Sanz. “Tivemos que usar modelos. Ele estava realmente mal visível, então dissemos: ‘O que está acontecendo aqui?’”

A equipe apresentou duas explicações possíveis. A primeira é que o JWST, olhando para comprimentos de onda onde quase nenhuma ocultação foi registrada, está simplesmente vendo grãos que espalham a luz de maneira diferente no infravermelho.

A outra é que os anéis realmente mudaram fisicamente. Santos-Sanz argumenta que os modelos de transferência radiativa apontam para este último.

As observações mais antigas em luz visível eram consistentes com uma mistura de gelo e silicatos, mas uma vez que os pontos de dados do JWST são adicionados, nenhuma combinação de materiais e tamanhos de grãos pôde explicar o que o telescópio viu.

“Estamos testemunhando uma evolução real dos anéis com o tempo”, disse Santos-Sanz. “Claro que não é uma certeza, mas para mim é a explicação preferida.”

Além do mais, essa evolução provavelmente não foi apenas o material do anel externo desbotado migrando para dentro em direção ao anel interno. Medido como largura equivalente, o anel interno ganhou cerca de 10 vezes mais do que o anel externo perdeu.

“Não sabemos de onde o material extra está vindo, mas há algumas hipóteses”, disse Santos-Sanz. A principal explicação, explica Santos-Sanz, é um pequeno satélite pastor compartilhando a órbita do anel externo.

Tal objeto deve explicar a estabilidade dos anéis e suas bordas afiadas e também pode liberar detritos que reabastecem o C1R. “Este satélite ainda não foi detectado, se é que existe”, disse Santos-Sanz.

Um modelo de computador baseado em dados do JWST também dá pistas sobre do que os dois anéis são feitos. Santos-Sanz, no entanto, deixa claro que esta parte do trabalho está inacabada.

“Nossa sensação após este modelo é que o anel interno deve ser composto por partículas maiores do que o anel externo. A achamos que o anel externo é mais empoeirado”, disse ele.

“Mas este é um trabalho em progresso. Não posso dizer com certeza, bem, isto é empoeirado, isto não é.” O melhor teste, argumenta a equipe, seria capturar outra ocultação de Chariklo, desta vez usando luz visível.

Isso separaria a mudança genuína de um efeito de comprimento de onda. “Estamos procurando novas ocultações”, disse Santos-Sanz.

Compreender como os anéis ao redor de pequenos corpos evoluem com o tempo, ele explica, importa, porque Chariklo não é o único a tê-los. Anéis são agora conhecidos ao redor de outro corpo da mesma categoria de Chariklo, chamado Chiron, o planeta anão Haumea e o objeto transnetuniano Quaoar.

Os anéis de planetas gigantes já são conhecidos por mudarem ao longo de meses e anos; o anel D de Saturno diminuiu visivelmente, e os arcos de Adams de Netuno se rearranjam. Agora, corpos pequenos parecem fazer isso também.

“Acho que este trabalho é apenas uma peça do quebra-cabeça”, disse Santos-Sanz, “mas pode ser uma pista importante para estudos mais amplos sobre os anéis ao redor de corpos menores e de planetas gigantes.”

O estudo de Santos-Sanz foi publicado na Science Advances.