Cómo nacieron los anillos de Saturno

Los anillos de Saturno son una de las joyas del Sistema Solar. Sin embargo, su origen aún no está claro. Sorprendentemente, los anillos de Saturno están compuestos entre 90 y 95% de hielo de agua, mientras que los de Urano y Neptuno, más pequeños, son más ricos en roca. Sébastien Charnoz, del Instituto de Física de París, y sus colegas estudiaron a través de simulaciones digitales un período antiguo y lleno de acontecimientos del Sistema Solar durante el cual probablemente se formaron los anillos de los planetas gigantes.

Para comprender el nacimiento de los anillos, los investigadores se interesaron en el modelo de Niza, un escenario que describe los comienzos del Sistema Solar y, en particular, un período llamado gran bombardeo tardío. Habría tenido lugar hace unos 4 mil millones de años cuando los planetas gaseosos gigantes habrían migrado al Sistema Solar. Al cambiar la órbita, habrían gravitacionalizado el cinturón de Kuiper, un depósito de pequeños cuerpos congelados más allá de la órbita actual de Neptuno. Muchos de estos cuerpos son expulsados del cinturón de Kuiper y bombardean los planetas del Sistema Solar.

Algunos, entre los más grandes con masas del orden de 1022 kilogramos (menos de una centésima parte de la masa de la Tierra pero cerca de la de Plutón), han cruzado de cerca los planetas gigantes. Sometidos a las fuerzas de marea de los gigantes gaseosos, estos pequeños cuerpos fueron supuestamente dislocados. Sébastien Charnoz y sus colegas simularon este escenario. Su modelado indica que durante tal reunión, entre 0.1 y 10% de la masa de un cuerpo pequeño se captura en órbita alrededor del planeta gigante.

Los investigadores aquí plantearon la hipótesis de un suministro masivo por un solo objeto del cinturón de Kuiper. Sin embargo, el cinturón de Kuiper podría haber albergado entre 1,000 y 4,000 cuerpos del tamaño de Plutón. Sébastien Charnoz y sus colegas estimaron que, según esta hipótesis, varias decenas de cuerpos podrían cruzar el camino de Saturno y contribuir a la masa de su anillo.

Sin embargo, después de su captura, los escombros siguen siendo bastante grandes y se encuentran en trayectorias muy elípticas. Los investigadores utilizaron simulaciones corporales para estudiar la evolución de estos escombros. Han demostrado que sufren muchas colisiones que los reducen a elementos cada vez más pequeños. La disipación de energía durante las conmociones también lleva a sus órbitas a ser cada vez más circulares y a formarse en multa de los anillos.

El modelo de los investigadores también explica por qué los anillos de Saturno son particularmente ricos en hielo de agua en comparación con los de Urano. Esta composición es el resultado de las diferencias en la densidad de los dos planetas (0,69 gramos por centímetro cúbico para Saturno y el doble para Urano). El diámetro por relación de masa de Saturno es, por lo tanto, mayor que el de Urano. Por lo tanto, un cuerpo pequeño puede acercarse a Urano que a Saturno sin dañarse en el planeta, y al hacerlo, sufre fuerzas de marea más altas. Suponiendo que los objetos en el cinturón de Kuiper consisten en una corteza externa de hielo de agua y un corazón rocoso, Saturno solo destruyó superficialmente estos cuerpos, robando su hielo, mientras que Urano los habría roto más profundamente y, por lo tanto, acumuló más escombros rocosos.

Este trabajo muestra que la formación de anillos es un proceso relativamente natural que acompaña a la formación de planetas. Se puede esperar que muchos exoplanetas los tengan. Este puede ser el caso con el exoplaneta 1SWASP J140747.93-394542.6, cuyo sistema de anillos es tan vasto que habría eclipsado la luz de su estrella anfitriona.

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