Quaoar

Quaoar là một trong những cư dân lớn hơn của Vành đai Kuiper cổ điển, vành đai các thiên thể băng giá quay quanh Mặt Trời bên ngoài Sao Hải Vương. Với đường kính khoảng 1.100 km — hơn một nửa đường kính của Sao Diêm Vương một chút — nó quay quanh Mặt Trời ở khoảng cách khoảng 43,7 AU trên một quỹ đạo gần tròn, nghiêng nhẹ, mất khoảng 289 năm để hoàn thành một vòng. Đối với một thế giới xa xôi, đóng băng chưa từng được tàu vũ trụ nào ghé thăm, nó có tiếng tăm khoa học vượt xa kích thước của mình, phần lớn nhờ một hệ thống vành đai mà, theo các quy tắc sách vở của cơ học quỹ đạo, lẽ ra không nên tồn tại.

Được phát hiện năm 2002 và đặt tên theo một vị thần sáng thế của người Tongva ở miền nam California, Quaoar nằm ở vùng ranh giới khó xử giữa một thiên thể lớn kiểu tiểu hành tinh của Vành đai Kuiper và một hành tinh lùn thực thụ. Nó tròn, đã phân dị, có vành đai, và có ít nhất một mặt trăng đi kèm — nhưng lại nhỏ và tối đến mức gần như mọi điều chúng ta biết về nó đều được ghép lại từ ánh sao nhấp nháy tắt đi phía sau nó.

Khám phá và một cái tên Tongva

Quaoar được tìm thấy vào ngày 4 tháng 6 năm 2002 bởi Chad Trujillo và Michael Brown, làm việc với các hình ảnh từ kính viễn vọng Schmidt Samuel Oschin 48 inch tại Đài quan sát Palomar. Vào thời điểm đó, nó là thiên thể lớn nhất trong hệ Mặt Trời được xác định kể từ khi phát hiện ra Sao Diêm Vương năm 1930, và việc phát hiện ra nó đã góp phần khởi động làn sóng các khám phá ở Vành đai Kuiper — Sedna, Haumea, Makemake, Eris — cuối cùng buộc các nhà thiên văn học phải định nghĩa lại thế nào là một hành tinh.

Cái tên này vinh danh Kwawar, lực lượng sáng thế phi giới tính của người Tongva, cư dân bản địa của lưu vực Los Angeles nơi Palomar tọa lạc. Trong truyền thống của họ, Quaoar đã hát để tạo ra thế giới; phù hợp thay, mặt trăng của thiên thể này sau đó được đặt tên là Weywot, vị thần bầu trời được mô tả là con trai của Quaoar. Quaoar mang số hiệu tiểu hành tinh chính thức (50000), một con số tròn được chọn có chủ ý để đánh dấu tầm quan trọng của nó.

Một thế giới giàu đá ở rìa xa

Với đường kính trung bình gần 1.100 km, Quaoar có thể đo được là không hoàn toàn tròn — các phép đo qua hiện tượng che khuất sao cho thấy nó có hình dạng tam trục kéo dài (khoảng 1.170 x 1.110 x 1.020 km) thay vì một hình cầu hoàn hảo. Mật độ của nó, vào khoảng 1,7 gam trên centimét khối, khá cao đối với một thiên thể Vành đai Kuiper, cho thấy phần bên trong giàu đá hơn nhiều so với các thiên thể láng giềng băng giá khác: nhiều khả năng khoảng 70% là đá, được bao bọc trong một lớp phủ băng nước.

Bản thân bề mặt tối màu và có sắc đỏ vừa phải, chỉ phản xạ khoảng một phần mười ánh sáng Mặt Trời chiếu tới. Quang phổ cho thấy băng nước dạng tinh thể cùng với một lượng nhỏ — vài phần trăm — mêtan và ethane đóng băng, cộng với một phát hiện sơ bộ về ammonia hydrat. Loại băng tinh thể đó tự nó là một câu đố: nó chỉ nên hình thành ở nhiệt độ trên khoảng 110 K, vậy mà bề mặt hiện tại của Quaoar chỉ ở mức khoảng 44 K (khoảng -229 °C). Một điều gì đó — hoạt động núi lửa băng, hoặc nhiệt sinh ra từ phân rã phóng xạ hay va chạm vi thiên thạch — có thể đã làm ấm và làm mới bề mặt trong quá khứ địa chất gần đây.

Những vành đai không tưởng

Danh tiếng của Quaoar đến vào năm 2023, khi một nhóm nghiên cứu do Bruno Morgado dẫn đầu công bố phát hiện một vành đai dày đặc, hẹp quanh nó, được phát hiện khi thiên thể này đi qua phía trước các ngôi sao nền trong các sự kiện che khuất sao quan sát được từ năm 2018 đến 2021. Một vành đai thứ hai, mờ hơn, được phát hiện chỉ vài tháng sau đó. Hai vành đai này được lập danh mục là Q1R, quay quanh ở khoảng cách khoảng 4.060 km từ tâm Quaoar, và vành đai bên trong Q2R ở khoảng 2.520 km.

Điều khiến chúng đáng chú ý là vị trí của chúng. Lý thuyết thông thường cho rằng vật liệu vành đai nằm ngoài giới hạn Roche của một thiên thể — khoảng cách mà bên trong đó thủy triều ngăn các hạt kết tụ lại — sẽ nhanh chóng hợp nhất thành một mặt trăng. Vành đai chính của Quaoar quay quanh ở khoảng bảy lần rưỡi bán kính hành tinh, xa hơn nhiều so với giới hạn đó, vậy mà nó vẫn ngoan cố duy trì dưới dạng vành đai. Các giải thích đang được nghiên cứu bao gồm ảnh hưởng dẫn đường của Weywot, một vệ tinh nhỏ chưa được phát hiện, hoặc các va chạm hạt bất thường 'nảy' trong cái lạnh sâu thẳm. Dù nguyên nhân là gì, Quaoar đã buộc các nhà nghiên cứu vành đai phải viết lại một trong những quy tắc kinh nghiệm lâu đời nhất của họ.

Weywot và một mặt trăng thứ hai có thể có

Mặt trăng đã biết của Quaoar, Weywot, được phát hiện bởi Michael Brown và Terry-Ann Suer trong các hình ảnh từ Kính viễn vọng Không gian Hubble chụp năm 2006 và được công bố năm sau đó. Ước tính rộng từ 170 đến 200 km, nó quay quanh Quaoar mỗi 12,4 ngày ở khoảng cách khoảng 13.300 km, nằm khá xa bên ngoài cả hai vành đai. Việc theo dõi quỹ đạo của Weywot chính là cách các nhà thiên văn học xác định khối lượng của Quaoar, và hành vi của nó đóng vai trò trung tâm trong cuộc tranh luận đang diễn ra về cách các vành đai tồn tại được.

Năm 2025, một sự kiện che khuất sao duy nhất đã gợi ý về một vệ tinh thứ hai, nhỏ hơn nhiều — có lẽ rộng khoảng 38 km trên quỹ đạo hẹp 3,6 ngày — dù sự tồn tại của nó chưa được xác nhận. Nếu có thật, nó sẽ biến Quaoar thành một hệ thống thu nhỏ mang vành đai với đầy đủ các thành phần riêng.

Một thế giới vẫn đang chờ người ghé thăm

Chưa có tàu vũ trụ nào từng được gửi tới Quaoar, và cũng không có kế hoạch nào cho việc đó. Tàu New Horizons của NASA, đã bay ngang qua Sao Diêm Vương năm 2015, đã chụp ảnh Quaoar từ khoảng cách rất xa vào năm 2016, nhưng chỉ như một điểm sáng chưa thể phân giải. Việc tiếp cận trực tiếp thiên thể này sẽ đòi hỏi một hành trình hơn một thập kỷ ngay cả khi có lực hỗ trợ hấp dẫn của Sao Mộc, và quỹ đạo chậm, xa xôi của nó khiến nó trở thành một mục tiêu khó khăn. Hiện tại, những góc nhìn sắc nét nhất không đến từ camera mà từ việc định thời chính xác khoảnh khắc ánh sao biến mất phía sau nó — cùng một kỹ thuật che khuất sao đã tiết lộ cả các vành đai lẫn hình dạng thực sự của nó.