Los señores de los anillos

Los anillos alrededor de cuerpos en el sistema solar son estructuras fascinantes que han capturado la atención y curiosidad de los astrónomos durante siglos. Las primeras observaciones de estas estructuras fueron realizadas en 1610, cuando Galileo Galilei apuntó su telescopio hacia Saturno y observó un objeto con una forma extraña, con dos protuberancias laterales que él no supo explicar. Sería recién en 1655 que Christian Huygens, observando Saturno con un telescopio mejorado, se dio cuenta de que las protuberancias descriptas por Galileo eran, en realidad, un anillo que rodeaba al planeta. Posteriormente, en 1675, Giovanni Doménico Cassini descubriría que Saturno poseía dos anillos y las observaciones realizadas a lo largo de los 300 años siguientes mostraron que, en realidad, Saturno tiene varios anillos a su alrededor formando una estructura compleja y llena de curiosidades.

A la caza de cúmulos estelares en nuestra galaxia desde Mendoza

El reinado de Saturno como único planeta anillado del sistema solar terminó en 1977, cuando los astrónomos descubrieron que también había anillos alrededor de Urano, sólo que mucho más tenues e imposibles de observar directamente desde la Tierra. Y es que la detección de los anillos de Urano fue realizada en forma indirecta, a través de un método conocido como “ocultación estelar”. La idea de este método es que cuando el planeta pasa en frente a una estrella, la eclipsa ocultando el brillo de ésta temporariamente, en forma similar a lo que ocurre durante un eclipse solar. En ese mismo proceso, un anillo del planeta también puede pasar en frente a la estrella y eclipsarla parcialmente, causando una disminución temporaria de su brillo que permite determinar dónde está el anillo y cuál es su ancho, a pesar de que no se lo observe directamente.

Después de este descubrimiento, se pasó a sospechar que todos los planetas gigantes del sistema solar podrían tener anillos y la confirmación de esto llegaría en 1979, cuando la sonda espacial Voyager I pasó cerca de Júpiter y detectó un tenue pero ancho anillo a su alrededor. Más tarde, en 1989, la sonda Voyager II en su pasaje próximo a Neptuno, conseguiría fotografiar anillos alrededor de este planeta.

La composición de los anillos varía según el planeta al que rodean. Los anillos de Saturno, por ejemplo, están compuestos principalmente por partículas de hielo de agua, mientras que en los anillos de Júpiter el principal componente son partículas de polvo y roca. Por su parte, los anillos de Urano y Neptuno son más oscuros y están compuestos por partículas de carbono y nitrógeno. Estas partículas van desde el tamaño de un grano de arena hasta varios metros de diámetro.

Pero, ¿cómo se forman los anillos? La respuesta sigue siendo motivo de debate entre los astrónomos. Una teoría es que se formaron a partir de la captura de partículas de la nube protoplanetaria que rodeaba al planeta. Estas partículas no habrían conseguido agregarse para formar un satélite, quedando distribuidas en forma de anillos. Otra teoría sugiere que los anillos se formaron a partir de una o más lunas que fueron desintegradas o desmembradas debido a la fuerza de marea gravitacional del planeta. Ambas teorías están respaldadas por el hecho de que todos los anillos de los planetas gigantes se encuentran dentro del denominado “límite de Roche”.

Fusión nuclear: el futuro de la producción energética

El límite de Roche es la distancia mínima a la que un objeto puede estar de otro más masivo manteniendo su integridad estructural. La definición fue propuesta en 1848 por el astrónomo francés Édouard Roche. Si un satélite está dentro del límite de Roche de un planeta, las fuerzas de marea gravitacional del planeta pueden superar la autogravedad del satélite y desintegrarlo en fragmentos. Por otro lado, esas mismas fueras impedirían que pequeñas partículas se agreguen para formar un satélite. Esto explica por qué los anillos se encuentran distribuidos en una estrecha franja muy próxima de sus respectivos planetas.

Este paradigma, sin embargo, empezaría a cambiar a partir de 2014, cuando se descubrió un anillo alrededor de un pequeño objeto denominado Chariklo. Este es un asteroide de tipo centauro, cuya órbita se encuentra entre las órbitas de Saturno y Urano y que tendría su origen en el cinturón de Kuiper, más allá de la órbita de Neptuno. El anillo de Chariklo fue descubierto utilizándose el método de ocultación estelar, el mismo que llevó a descubrir los anillos de Urano. Este anillo es muy estrecho, se encuentra a unos 400 km de la superficie del asteroide y se cree que está compuesto por partículas de hielo de agua. Posteriormente, en 2017, se descubrió que el planeta enano Haumea, localizado en el cinturón de Kuiper, tenía un anillo alrededor de su ecuador. Este anillo también es estrecho y estaría compuesto por partículas de hielo.

Estos descubrimientos sorprendieron a la comunidad científica, ya que no se esperaba que cuerpos con una gravedad tan baja pudieran mantener estructuras de anillos a su alrededor. Una teoría para su formación sugiere que podrían haber surgido por impactos de asteroides o cometas en la superficie de estos cuerpos que dispersaron detritos que quedaron en órbita, formando así los anillos. En cualquier caso, los anillos de Chariklo y Haumea se encuentran dentro de los respectivos límites de Roche.

El cambio climático podría afectar el ciclo de vida de animales acuáticos en lagunas pampeanas

El panorama, sin embargo, se vuelve más desconcertante aun cuando, a comienzos de 2023, un equipo internacional de astrónomos reporta el descubrimiento de un anillo alrededor de otro pequeño objeto del cinturón de Kuiper, llamado Quaoar. Este objeto no ha llegado a ser clasificado como un planeta enano, pero se sospecha que lo sea. Lo paradójico de este descubrimiento es que el anillo de Quaoar se encuentra a más de 4.100 km de distancia, mucho más distante que el respectivo límite de Roche, desafiando así no sólo a las ideas sobre su posible formación como a los modelos para explicar cómo la estructura del anillo se mantiene a largo plazo. Sucede que, fuera del límite de Roche, las partículas del anillo deberían agregarse y formar una luna, entonces ¿por qué no lo hacen?

La pregunta, por el momento, no tiene una respuesta concreta, apenas hipótesis. Una posibilidad es que las partículas de hielo no consigan agregarse de forma eficiente. Otra posibilidad es que perturbaciones gravitatorias causadas por la rotación de Quaoar contribuyan a mantener el anillo estable. Además, Quaoar tiene un pequeño satélite llamado Weywot, que se mueve en una órbita exterior al anillo y cuya perturbación gravitatoria también podría contribuir para la estabilidad del mismo. Pero el misterio no para aquí, pues los astrónomos tienen fuertes indicios de que existe alrededor de Quaoar un segundo anillo, más interno al ya descubierto, pero aun así también fuera del límite de Roche.

Estos descubrimientos son todavía muy recientes y los desafíos que presentan abren un campo inmenso de posibilidades para nuevas teorías. Queda aún mucho por explorar e investigar para intentar entender la naturaleza de estas estructuras fascinantes de nuestro sistema solar.

*El autor es astrónomo. Investigador titular del Observatorio Nacional de Río de Janeiro (Brasil). Fernando Roig es además hijo del gran científico mendocino, ya fallecido, Virgilio Roig.

Producción y edición: Miguel Títiro - mtitiro@losandes.com.ar