Un sistema de anillos es un disco o anillo que orbita un objeto astronómico , que está compuesto de material sólido como polvo y lunas , y es un componente común de los sistemas de satélites alrededor de planetas gigantes como Saturno . Un sistema de anillos alrededor de un planeta también se conoce como sistema de anillos planetarios . [1]
Los anillos planetarios más destacados y famosos del Sistema Solar son los que rodean a Saturno , pero los otros tres planetas gigantes ( Júpiter , Urano y Neptuno ) también tienen sistemas de anillos. También se han descubierto sistemas de anillos alrededor de planetas menores mediante ocultaciones. También hay anillos de polvo alrededor del Sol a distancias de Mercurio , Venus y la Tierra, en resonancia de movimiento medio con estos planetas. [1] [2] [3] La evidencia sugiere que también se pueden encontrar sistemas de anillos alrededor de otros tipos de objetos astronómicos, incluidas lunas, enanas marrones y otras estrellas.
Se ha propuesto que se formaron anillos planetarios más gruesos de tres formas: a partir de material procedente del disco protoplanetario que estaba dentro del límite de Roche del planeta y, por lo tanto, no podía fusionarse para formar lunas, a partir de los restos de una luna que fue interrumpida por un gran impacto, o de los restos de una luna que fue perturbada por las mareas cuando pasó dentro del límite de Roche del planeta. Se pensaba que la mayoría de los anillos eran inestables y se disipaban en el transcurso de decenas o cientos de millones de años, pero ahora parece que los anillos de Saturno podrían ser bastante antiguos y datar de los primeros días del Sistema Solar. [4]
Se pueden formar anillos planetarios más débiles como resultado de impactos de meteoritos con lunas que orbitan alrededor del planeta o, en el caso del anillo E de Saturno, las eyecciones de material criovolcánico. [5] [6]
Los sistemas de anillos pueden formarse alrededor de los centauros cuando las mareas los alteran en un encuentro cercano (entre 0,4 y 0,8 veces el límite de Roche ) con un planeta gigante. Para un cuerpo diferenciado que se acerca a un planeta gigante a una velocidad relativa inicial de 3-6 km/s con un período de rotación inicial de 8 horas, se predice una masa de anillo del 0,1%-10% de la masa del centauro. Es menos probable que se forme un anillo a partir de un cuerpo indiferenciado. Los anillos estarían compuestos mayoritaria o enteramente de material del manto helado del cuerpo principal. Después de formarse, el anillo se extendería lateralmente, lo que llevaría a la formación de satélites desde cualquier parte del mismo que se extendiera más allá del límite de Roche del centauro. Los satélites también podrían formarse directamente a partir del manto helado alterado. Este mecanismo de formación predice que aproximadamente el 10% de los centauros habrán experimentado encuentros potencialmente formadores de anillos con planetas gigantes. [7]
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La composición de las partículas de los anillos planetarios varía, desde silicatos hasta polvo helado. También pueden estar presentes rocas y cantos rodados más grandes, y en 2007 se detectaron efectos de marea de ocho lunas de sólo unos pocos cientos de metros de diámetro dentro de los anillos de Saturno. El tamaño máximo de una partícula de anillo está determinado por la resistencia específica del material del que está hecho, su densidad y la fuerza de marea a su altitud. La fuerza de marea es proporcional a la densidad promedio dentro del radio del anillo, o a la masa del planeta dividida por el radio del anillo al cubo. También es inversamente proporcional al cuadrado del período orbital del anillo.
Algunos anillos planetarios están influenciados por lunas pastoras , pequeñas lunas que orbitan cerca de los bordes internos o externos de un rizo o dentro de los espacios de los anillos. La gravedad de las lunas pastoras sirve para mantener un borde bien definido del anillo; El material que se acerca a la órbita de la luna pastora se desvía hacia el cuerpo del anillo, se expulsa del sistema o se acumula en la propia luna.
También se predice que Fobos , una luna de Marte, se romperá y formará un anillo planetario en unos 50 millones de años. Su órbita baja, con un período orbital más corto que un día marciano, está decayendo debido a la desaceleración de las mareas . [8] [9]
El sistema de anillos de Júpiter fue el tercero en ser descubierto, cuando fue observado por primera vez por la sonda Voyager 1 en 1979, [10] y fue observado más a fondo por el orbitador Galileo en la década de 1990. [11] Sus cuatro partes principales son un toro tenue y grueso conocido como "halo"; un anillo principal delgado y relativamente brillante; y dos "anillos de gasa" anchos y tenues. [12] El sistema se compone principalmente de polvo. [10] [13]
Los anillos de Saturno son el sistema de anillos más extenso de cualquier planeta del Sistema Solar y, por lo tanto, se sabe que existen desde hace bastante tiempo. Galileo Galilei los observó por primera vez en 1610, pero no fueron descritos con precisión como un disco alrededor de Saturno hasta que Christiaan Huygens lo hizo en 1655. [14] Los anillos no son una serie de pequeños rizos como muchos piensan, sino que son más bien un disco con densidad variable. [15] Consisten principalmente en hielo de agua y trazas de roca , y las partículas varían en tamaño desde micrómetros hasta metros. [dieciséis]
El sistema de anillos de Urano se encuentra entre el nivel de complejidad del vasto sistema de Saturno y los sistemas más simples alrededor de Júpiter y Neptuno. Fueron descubiertos en 1977 por James L. Elliot , Edward W. Dunham y Jessica Mink . [17] Entre entonces y 2005, las observaciones realizadas por la Voyager 2 [18] y el Telescopio Espacial Hubble [19] llevaron a la identificación de un total de 13 anillos distintos, la mayoría de los cuales son opacos y sólo tienen unos pocos kilómetros de ancho. Son oscuros y probablemente estén compuestos de hielo de agua y algunos compuestos orgánicos procesados por radiación . La relativa falta de polvo se debe a la resistencia aerodinámica de la exosfera extendida : la corona de Urano.
El sistema alrededor de Neptuno consta de cinco anillos principales que, en su punto más denso, son comparables a las regiones de baja densidad de los anillos de Saturno. Sin embargo, son débiles y polvorientos, mucho más similares en estructura a los de Júpiter. El material muy oscuro que forma los anillos probablemente sea materia orgánica procesada por radiación , como en los anillos de Urano. [20] Del 20 al 70 por ciento de los anillos son polvo , una proporción relativamente alta. [20] Se observaron indicios de los anillos durante décadas antes de su descubrimiento concluyente por la Voyager 2 en 1989.
Los informes de marzo de 2008 sugirieron que la luna de Saturno, Rea , podría tener su propio sistema de anillos tenues , lo que la convertiría en la única luna conocida que tiene un sistema de anillos. [21] [22] [23] Un estudio posterior publicado en 2010 reveló que las imágenes de Rea tomadas por la nave espacial Cassini eran inconsistentes con las propiedades predichas de los anillos, lo que sugiere que algún otro mecanismo es responsable de los efectos magnéticos que habían llevado a la formación de anillos. hipótesis del anillo. [24]
Antes de la llegada de New Horizons , algunos astrónomos plantearon la hipótesis de que Plutón y Caronte podrían tener un sistema de anillos circumbinarios creado a partir del polvo expulsado de las pequeñas lunas exteriores de Plutón en los impactos. Un anillo de polvo habría supuesto un riesgo considerable para la nave espacial New Horizons . [25] Sin embargo, esta posibilidad se descartó cuando New Horizons no pudo detectar ningún anillo de polvo alrededor de Plutón.
10199 Chariklo , un centauro , fue el primer planeta menor al que se descubrió que tenía anillos. Tiene dos anillos , quizás debido a una colisión que provocó que una cadena de escombros lo orbitara. Los anillos fueron descubiertos cuando los astrónomos observaron a Chariklo pasando frente a la estrella UCAC4 248-108672 el 3 de junio de 2013 desde siete lugares de América del Sur. Mientras observaban, vieron dos caídas en el brillo aparente de la estrella justo antes y después de la ocultación. Debido a que este evento se observó en múltiples lugares, la conclusión unánime de que la caída en el brillo se debió a los anillos es unánimemente la hipótesis principal. Las observaciones revelaron lo que probablemente sea un sistema de anillos de 19 kilómetros (12 millas) de ancho que está aproximadamente 1.000 veces más cerca que la Luna de la Tierra. Además, los astrónomos sospechan que podría haber una luna orbitando entre los restos del anillo. Si estos anillos son restos de una colisión, como sospechan los astrónomos, esto daría pie a la idea de que las lunas (como la Luna) se forman a través de colisiones de trozos más pequeños de material. Los anillos de Chariklo no han sido nombrados oficialmente, pero los descubridores los han apodado Oiapoque y Chuí, en honor a dos ríos cerca de los extremos norte y sur de Brasil. [26]
Un segundo centauro, 2060 Quirón , tiene un disco de anillos en constante evolución. [27] [28] [29] Basado en datos de ocultación estelar que inicialmente se interpretaron como resultado de chorros asociados con la actividad similar al cometa de Quirón, se propone que los anillos sean324 ± 10 km de radio, aunque su evolución sí cambia algo el radio. Su apariencia cambiante en diferentes ángulos de visión puede explicar la variación a largo plazo del brillo de Quirón a lo largo del tiempo. [28] Se sospecha que los anillos de Quirón se mantienen gracias al material orbital expulsado durante los estallidos estacionales, ya que un tercer anillo parcial detectado en 2018 se había convertido en un anillo completo en 2022, con un estallido intermedio en 2021. [30]
Un anillo alrededor de Haumea , un planeta enano y miembro resonante del cinturón de Kuiper , fue revelado por una ocultación estelar observada el 21 de enero de 2017. Esto lo convierte en el primer objeto transneptuniano que tiene un sistema de anillos. [31] [32] El anillo tiene un radio de aproximadamente2.287 km , una anchura de ≈70 km y una opacidad de 0,5. [32] El plano del anillo coincide con el ecuador de Haumea y la órbita de su luna exterior más grande, Hi'iaka [32] (que tiene un semieje mayor de ≈25.657 kilómetros ). El anillo está cerca de la resonancia 3:1 con la rotación de Haumea, que se encuentra en un radio de2.285 ± 8 kilómetros . [32] Está dentro del límite de Roche de Haumea , que se encontraría en un radio de aproximadamente4.400 km si Haumea fuera esférica (al no ser esférica, el límite se amplía aún más). [32]
En 2023, los astrónomos anunciaron el descubrimiento de un anillo muy separado alrededor del planeta enano y del objeto Quaoar del cinturón de Kuiper . [33] [34] Un análisis más detallado de los datos de ocultación descubrió un segundo anillo interior, más débil. [35]
Ambos anillos presentan propiedades inusuales. El anillo exterior orbita a una distancia de4.057 ± 6 km , aproximadamente 7,5 veces el radio de Quaoar y más del doble de la distancia de su límite de Roche. El anillo interior orbita a una distancia de2.520 ± 20 km , aproximadamente 4,6 veces el radio de Quaoar y también más allá de su límite de Roche. [35] El anillo exterior parece no ser homogéneo y contiene una sección delgada y densa, así como una sección más amplia y difusa. [34]
Dado que todos los planetas gigantes del Sistema Solar tienen anillos, la existencia de exoplanetas con anillos es plausible. Aunque las partículas de hielo , el material predominante en los anillos de Saturno , sólo pueden existir alrededor de planetas más allá de la línea de escarcha , dentro de esta línea los anillos compuestos de material rocoso pueden ser estables a largo plazo. [36] Estos sistemas de anillos pueden detectarse en los planetas observados mediante el método de tránsito mediante una reducción adicional de la luz de la estrella central, si su opacidad es suficiente. A partir de 2020, se ha encontrado mediante este método un sistema de anillos extrasolar candidato, alrededor de HIP 41378 f . [37]
Se descubrió que Fomalhaut b era grande y no estaba claramente definido cuando se detectó en 2008. Se planteó la hipótesis de que esto se debía a una nube de polvo atraída por el disco de polvo de la estrella o a un posible sistema de anillos, [38] aunque en 2020 Fomalhaut b Se determinó que muy probablemente era una nube de escombros en expansión debido a una colisión de asteroides en lugar de un planeta. [39] De manera similar, se ha observado que Proxima Centauri c es mucho más brillante de lo esperado debido a su baja masa de 7 masas terrestres, lo que puede atribuirse a un sistema de anillos de aproximadamente 5 R J. [40]
Una secuencia de ocultaciones de la estrella V1400 Centauri observadas en 2007 durante 56 días se interpretó como un tránsito de un sistema de anillos de una compañera subestelar (no observada directamente) denominada "J1407b". [41] A este sistema de anillos se le atribuye un radio de unos 90 millones de kilómetros (unas 200 veces el de los anillos de Saturno). En los comunicados de prensa se utilizó el término " super Saturno ". [42] Sin embargo, la edad de este sistema estelar es sólo de unos 16 millones de años, lo que sugiere que esta estructura, si es real, es más probable que sea un disco circumplanetario que un sistema de anillos estable en un sistema planetario evolucionado . Se observó que el anillo tenía un espacio de 0,0267 AU de ancho a una distancia radial de 0,4 AU. Las simulaciones sugieren que esta brecha es más probablemente el resultado de una luna incrustada que de los efectos de resonancia de una luna externa. [43]
