Un sistema de anillos es un disco o toro que orbita alrededor de un objeto astronómico y que está compuesto de material sólido como gas, polvo , meteoroides , planetoides o lunetas y objetos estelares.
Los sistemas de anillos son mejor conocidos como anillos planetarios, componentes comunes de los sistemas de satélites alrededor de planetas gigantes como Saturno , o discos circumplanetarios . Pero también pueden ser anillos galácticos y discos circunestelares , cinturones de planetoides, como el cinturón de asteroides o el cinturón de Kuiper , o anillos de polvo interplanetario , como 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 los sistemas de anillos también pueden encontrarse alrededor de otros tipos de objetos astronómicos, incluidas lunas y enanas marrones .
En el Sistema Solar , los cuatro planetas gigantes ( Júpiter , Saturno, Urano y Neptuno ) tienen sistemas de anillos. También se han descubierto sistemas de anillos alrededor de planetas menores mediante ocultaciones. Algunos estudios incluso plantean la teoría de que la Tierra puede haber tenido un sistema de anillos durante mediados y finales del período Ordovícico . [4]
Se ha propuesto que los anillos planetarios más gruesos se formaron de tres formas: a partir de material originado en el disco protoplanetario que se encontraba dentro del límite de Roche del planeta y, por lo tanto, no pudo unirse para formar lunas, a partir de los restos de una luna que se rompió debido a un gran impacto, o a partir de los restos de una luna que se rompió debido a las tensiones de marea 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. [5]
Los anillos planetarios más tenues pueden formarse como resultado de impactos de meteoritos con lunas que orbitan alrededor del planeta o, en el caso del anillo E de Saturno, la eyección de material criovolcánico . [6] [7]
Los sistemas de anillos pueden formarse alrededor de los centauros cuando se ven alterados por las mareas en un encuentro cercano (dentro de 0,4 a 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 de 0,1%-10% de la masa del centauro. La formación de anillos a partir de un cuerpo indiferenciado es menos probable. Los anillos estarían compuestos principalmente o totalmente de material del manto helado del cuerpo original. Después de formarse, el anillo se extendería lateralmente, lo que llevaría a la formación de satélites a partir de cualquier porción de este que se extienda 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. [8]
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La composición de las partículas de los anillos planetarios varía, desde silicatos hasta polvo helado. También puede haber rocas y cantos rodados de mayor tamaño, y en 2007 se detectaron efectos de marea de ocho pequeñas lunas de apenas unos 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 hecha, su densidad y la fuerza de marea a su altitud. La fuerza de marea es proporcional a la densidad media 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 anillo o dentro de los espacios vacíos de los anillos. La gravedad de las lunas pastoras sirve para mantener un borde bien definido en el anillo; el material que se desplaza más cerca de la órbita de la luna pastora es desviado hacia el cuerpo del anillo, expulsado del sistema o acrecentado sobre la propia luna.
También se prevé que Fobos , una luna de Marte, se fragmentará y formará un anillo planetario en unos 50 millones de años. Su órbita baja, con un período orbital más corto que un día marciano, se está desintegrando debido a la desaceleración de las mareas . [9] [10]
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, [11] y fue observado más a fondo por el orbitador Galileo en la década de 1990. [12] Sus cuatro partes principales son un toro grueso y tenue conocido como "halo"; un anillo principal delgado y relativamente brillante; y dos "anillos de gasa" anchos y tenues. [13] El sistema está compuesto principalmente de polvo. [11] [14]
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. [15] Los anillos no son una serie de pequeños anillos como muchos piensan, sino más bien un disco con densidad variable. [16] Están compuestos principalmente de hielo de agua y trazas de roca , y las partículas varían en tamaño desde micrómetros a metros. [17]
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 . [18] En el tiempo transcurrido entre esa fecha y 2005, las observaciones de la Voyager 2 [19] y el telescopio espacial Hubble [20] condujeron a la identificación de un total de 13 anillos distintos, la mayoría de los cuales son opacos y solo tienen unos pocos kilómetros de ancho. Son oscuros y probablemente consisten en 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 - corona de Urano.
El sistema que rodea a 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 tenues y polvorientos, mucho más similares en estructura a los de Júpiter. El material muy oscuro que compone los anillos es probablemente materia orgánica procesada por radiación , como en los anillos de Urano. [21] Entre el 20 y el 70 por ciento de los anillos son polvo , una proporción relativamente alta. [21] Se vieron indicios de los anillos durante décadas antes de su descubrimiento concluyente por la Voyager 2 en 1989.
Un estudio de 2024 sugiere que la Tierra puede haber tenido un sistema de anillos durante un período de 40 millones de años, a partir de mediados del período Ordovícico (hace unos 466 millones de años). Este sistema de anillos puede haberse originado a partir de un gran asteroide que pasó por la Tierra en ese momento y tuvo una cantidad significativa de escombros arrancados por la atracción gravitatoria de la Tierra, formando un sistema de anillos. La evidencia de este anillo proviene de cráteres de impacto del evento meteórico del Ordovícico que parecen agruparse en una banda distintiva alrededor del ecuador de la Tierra en ese momento. La presencia de este anillo puede haber llevado a un importante blindaje de la Tierra de los rayos del sol y a un evento de enfriamiento severo, causando así la glaciación hirnantiana , el período más frío conocido de los últimos 450 millones de años. [4]
Los informes de marzo de 2008 sugirieron que la luna Rea de Saturno puede tener su propio sistema de anillos tenue , lo que la convertiría en la única luna conocida que tiene un sistema de anillos. [22] [23] [24] 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 llevaron a la hipótesis del anillo. [25]
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 sonda espacial New Horizons . [26] Sin embargo, esta posibilidad se descartó cuando New Horizons no logró detectar ningún anillo de polvo alrededor de Plutón.
10199 Chariklo , un centauro , fue el primer planeta menor descubierto con anillos. Tiene dos anillos , tal vez debido a una colisión que provocó que una cadena de escombros orbitara alrededor de él. 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 en 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 fue observado en múltiples ubicaciones, la conclusión de que la caída en el brillo se debió de hecho 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 1000 veces más cerca que la Luna de la Tierra. Además, los astrónomos sospechan que podría haber una luna orbitando entre los restos de los anillos. Si estos anillos son los 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 fragmentos más pequeños de material. Los anillos de Chariklo no han recibido un nombre oficial, pero los descubridores los han apodado Oiapoque y Chuí, en honor a dos ríos cerca de los extremos norte y sur de Brasil. [27]
Un segundo centauro, 2060 Chiron , tiene un disco de anillos en constante evolución. [28] [29] [30] Basándose en datos de ocultación estelar que inicialmente se interpretaron como resultado de chorros asociados con la actividad similar a la del cometa Chiron, se propone que los anillos sean324 ± 10 km de radio, aunque su evolución cambia un poco el radio. Su apariencia cambiante en diferentes ángulos de visión puede explicar la variación a largo plazo en el brillo de Quirón a lo largo del tiempo. [29] Se sospecha que los anillos de Quirón se mantienen gracias al material en órbita expulsado durante las explosiones estacionales, ya que un tercer anillo parcial detectado en 2018 se había convertido en un anillo completo en 2022, con una explosión intermedia en 2021. [31]
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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 se descubre que tiene un sistema de anillos. [32] [33] El anillo tiene un radio de aproximadamente2.287 km , un ancho de ≈70 km y una opacidad de 0,5. [33] El plano del anillo coincide con el ecuador de Haumea y la órbita de su luna exterior más grande, Hi'iaka [33] (que tiene un semieje mayor de ≈25.657 km ). El anillo está cerca de la resonancia 3:1 con la rotación de Haumea, que se encuentra en un radio de2.285 ± 8 km . [33] 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 expande aún más). [33]
En 2023, los astrónomos anunciaron el descubrimiento de un anillo ampliamente separado alrededor del planeta enano y objeto del cinturón de Kuiper Quaoar . [34] [35] Un análisis más detallado de los datos de ocultación descubrió un segundo anillo interior más débil. [36]
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. [36] El anillo exterior parece no ser homogéneo, ya que contiene una sección delgada y densa, así como una sección más amplia y difusa. [35]
Debido a 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 que predomina en los anillos de Saturno , solo pueden existir alrededor de planetas más allá de la línea de escarcha , dentro de esta línea los anillos que consisten en material rocoso pueden ser estables a largo plazo. [37] Dichos sistemas de anillos pueden detectarse para planetas observados por el método de tránsito mediante una reducción adicional de la luz de la estrella central si su opacidad es suficiente. A partir de 2024, se han encontrado dos sistemas de anillos extrasolares candidatos por este método, alrededor de HIP 41378 f [38] y K2-33b . [39]
En 2008, se descubrió que Fomalhaut b era grande y no estaba claramente definido cuando se detectó. Se planteó la hipótesis de que esto se debía a una nube de polvo atraída desde el disco de polvo de la estrella o a un posible sistema de anillos, [40] aunque en 2020 se determinó que Fomalhaut b era muy probablemente una nube de escombros en expansión de una colisión de asteroides en lugar de un planeta. [41] De manera similar, se ha observado que Proxima Centauri c es mucho más brillante de lo esperado para su baja masa de 7 masas terrestres, lo que puede atribuirse a un sistema de anillos de aproximadamente 5 R J . [42]
Una secuencia de 56 días de eventos de oscurecimiento en la estrella V1400 Centauri observada en 2007 fue interpretada como un objeto subestelar con un disco circunestelar o anillos masivos transitando la estrella. [43] Este objeto subestelar, llamado " J1407b ", es muy probablemente una enana marrón flotante o un planeta rebelde con varias veces la masa de Júpiter. [44] El disco circunestelar o sistema de anillos de J1407b tiene un radio de aproximadamente 0,6 unidades astronómicas (90.000.000 km; 56.000.000 mi). [43] El tránsito de J1407b por V1400 Centauri reveló huecos y variaciones de densidad dentro de su disco o sistema de anillos, lo que se ha interpretado como indicios de exolunas o exoplanetas formándose alrededor de J1407b. [43]
