Sistema de anillos
polvo cósmico en órbita alrededor del planeta o satélite natural
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Un sistema de anillos es un disco o toro que orbita un objeto astronómico y está compuesto por numerosos cuerpos sólidos, como partículas de polvo cósmico, meteoroides, planetoides, lunas menores u objetos estelares.
Los sistemas de anillos son más conocidos como anillos planetarios, componentes comunes de los sistemas de satélites alrededor de planeta gigantes, como los anillos de Saturno, o discos circumplanetarios. Sin embargo, también pueden ser anillos galácticos y discos circumestelares, cinturones de planetesimales, como el cinturón de asteroides o el cinturón de Kuiper, o anillos de polvo interplanetario, como los que rodean al Sol a las distancias de Mercurio, Venus y Tierra, en resonancia de movimiento medio con estos planetas.[1][2][3] La evidencia sugiere que los sistemas de anillos también podrían 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) poseen sistemas de anillos. También se han descubierto sistemas de anillos alrededor de planetas menores mediante ocultaciones. Algunos estudios incluso teorizan que la Tierra pudo haber tenido un sistema de anillos durante el período Ordovícico medio-tardío.[4]
Formación
Se han propuesto tres formas en las que podrían haberse formado los anillos planetarios más gruesos: a partir de material procedente del disco protoplanetario que estaba dentro del límite de Roche del planeta y, por lo tanto, no pudo coalescer para formar lunas; a partir de los escombros de una luna que fue destruida por un gran impacto; o a partir de los escombros de una luna que fue destruida por tensiones de marea al pasar 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, datando de los primeros días del sistema solar.[5]
Los anillos planetarios más tenues pueden formarse como resultado de impactos de meteoroides con lunas que orbitan alrededor del planeta o, en el caso del anillo E de Saturno, por la eyección de material criovolcánico.[6][7]
Los sistemas de anillos pueden formarse alrededor de centauros cuando estos son desgarrados por 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 acerque 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% al 10% de la masa del centauro. La formación de anillos a partir de un cuerpo no diferenciado es menos probable. Los anillos estarían compuestos principalmente o totalmente por material del manto helado del cuerpo progenitor. Tras su formación, el anillo se extendería lateralmente, lo que llevaría a la formación de satélites a partir de la porción que se extienda más allá del límite de Roche del centauro. Los satélites también podrían formarse directamente a partir del manto helado destruido. Este mecanismo de formación predice que aproximadamente el 10% de los centauros habrán experimentado encuentros potencialmente formadores de anillos con planetas gigantes.[8]
Sistemas de anillos de planetas
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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, como se observó en 2007 cuando se detectaron efectos de marea de ocho lunas menores de solo 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 hecha, 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 cubo del radio del anillo. 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 huecos en los anillos. La gravedad de las lunas pastoras sirve para mantener un borde claramente definido en el anillo; el material que se acerca más a la órbita de la luna pastora es desviado de nuevo hacia el cuerpo del anillo, expulsado del sistema o acumulado 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 por marea.[9][10]
Júpiter
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 estudiado 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 el «halo»; un anillo principal delgado y relativamente brillante; y dos anillos «de gasa» anchos y tenues.[13] El sistema está compuesto principalmente por polvo.[11][14]
Saturno
Los anillos de Saturno son el sistema de anillos más extenso de cualquier planeta en el sistema solar, y por lo tanto, se sabe de su existencia 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 por hielo de agua y trazas de roca, y las partículas varían en tamaño desde micrómetros hasta metros.[17]
Urano
El sistema de anillos de Urano se encuentra en un nivel de complejidad entre el 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] Entre ese momento y 2005, las observaciones de Voyager 2[19] y el Telescopio Espacial Hubble[20] llevaron a la identificación de un total de 13 anillos distintos, la mayoría de los cuales son opacos y de solo unos pocos kilómetros de ancho. Son oscuros y probablemente están compuestos por hielo de agua y algunos compuestos orgánicos procesados por radiación. La relativa falta de polvo se debe al arrastre aerodinámico de la exosfera extendida-corona de Urano.
Neptuno
El sistema alrededor de Neptuno consta de cinco anillos principales que, en su parte más densa, 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 probablemente son compuestos orgánicos procesados 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 tuvieron indicios de los anillos durante décadas antes de su descubrimiento concluyente por Voyager 2 en 1989.
Sistemas de anillos prehistóricos
Tierra
Un estudio de 2024 sugiere que la Tierra pudo haber tenido un sistema de anillos durante un período de 40 millones de años, comenzando desde la mitad del período Ordovícico (hace unos 466 millones de años). Este sistema de anillos pudo haber surgido de un gran asteroide que pasó cerca de la Tierra en ese momento y tuvo una cantidad significativa de escombros arrancados por la atracción gravitacional de la Tierra, formando un sistema de anillos. La evidencia de este anillo proviene de cráteres de impacto del evento de meteoritos del Ordovícico que parecen agruparse en una banda distintiva alrededor del ecuador de la Tierra en ese momento. La presencia de este anillo pudo haber causado un importante bloqueo de los rayos del Sol y un evento de enfriamiento severo, causando así la glaciación Hirnantiana, el período más frío conocido de los últimos 450 millones de años.[4]
Sistemas de anillos de planetas menores y lunas
Informes de marzo de 2008 sugirieron que la luna de Saturno Rea podría tener su propio sistema de anillos tenue, lo que la convertiría en la única luna conocida con un sistema de anillos.[22][23][24] Un estudio posterior publicado en 2010 reveló que las imágenes de Rea por la nave espacial Cassini eran inconsistentes con las propiedades predichas de los anillos, sugiriendo 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 circumbinario creado a partir de polvo expulsado de las pequeñas lunas externas de Plutón en impactos. Un anillo de polvo habría representado un riesgo considerable para la nave espacial New Horizons.[26] Sin embargo, esta posibilidad fue descartada cuando New Horizons no detectó anillos de polvo alrededor de Plutón.
Chariklo
10199 Chariklo, un centauro, fue el primer planeta menor descubierto con anillos. Tiene dos anillos, posiblemente debido a una colisión que causó 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 ubicaciones 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 a anillos es unánimemente la hipótesis principal. Las observaciones revelaron lo que probablemente es un sistema de anillos de 19 kilómetros de ancho (12 millas), que está unas 1 000 veces más cerca que la Luna de la Tierra. Además, los astrónomos sospechan que podría haber una luna orbitando entre los escombros del anillo. Si estos anillos son los restos de una colisión, como sospechan los astrónomos, esto apoyaría la idea de que las lunas (como la Luna) se forman a través de colisiones de pequeños fragmentos 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.[27]
Quirón
Un segundo centauro, 2060 Quirón, tiene un disco de anillos en constante evolución.[28][29][30] Basado en datos de ocultación estelar que inicialmente se interpretaron como resultado de chorros asociados con la actividad similar a un cometa de Quirón, se propone que los anillos tengan un radio de 324±10 km, aunque su evolución cambia ligeramente el radio. Su apariencia cambiante en diferentes ángulos de visión puede explicar la variación a largo plazo en el brillo de Quirón con el tiempo.[29] Se sospecha que los anillos de Quirón se mantienen por material orbitante expulsado durante estallidos estacionales, ya que un tercer anillo parcial detectado en 2018 se convirtió en un anillo completo para 2022, con un estallido intermedio en 2021.[31]
Haumea
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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 encontrado con un sistema de anillos.[32][33] El anillo tiene un radio de aproximadamente 2,287 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 más grande y externa Hi’iaka[33] (que tiene un semieje mayor de ≈25,657 km). El anillo está cerca de la resonancia orbital 3:1 con la rotación de Haumea, que se encuentra a un radio de 2,285±8 km.[33] Está bien dentro del límite de Roche de Haumea, que estaría a un radio de aproximadamente 4,400 km si Haumea fuera esférica (ser no esférica empuja el límite más lejos).[33]
Quaoar
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 adicional de los datos de ocultación descubrió un segundo anillo interno más tenue.[36]
Ambos anillos muestran propiedades inusuales. El anillo exterior orbita a una distancia de 4,057±6 km, aproximadamente 7,5 veces el radio de Quaoar y más del doble de la distancia de su límite de Roche. El anillo interno orbita a una distancia de 2,520±20 km, aproximadamente 4,6 veces el radio de Quaoar y también más allá de su límite de Roche.[36] El anillo exterior parece ser inhomogéneo, conteniendo una sección delgada y densa, así como una sección más amplia y difusa.[35]
Anillos alrededor de exoplanetas
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, solo pueden existir alrededor de planetas más allá de la línea de congelación, dentro de esta línea, los anillos compuestos de 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. Hasta 2024, se han encontrado dos sistemas de anillos candidatos por este método, alrededor de HIP 41378 f[38] y K2-33b.[39]
Fomalhaut b se encontró que era grande y poco definido cuando se detectó en 2008. 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 es muy probablemente una nube de escombros en expansión de una colisión de asteroides en lugar de un planeta.[41] De manera similar, Próxima Centauri c ha sido observado como 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 RJ.[42]
Una secuencia de eventos de atenuación de 56 días de duración en la estrella V1400 Centauri observada en 2007 se interpretó como un objeto subestelar con un disco circunestelar o anillos masivos que transitaban la estrella.[43] Este objeto subestelar, denominado «J1407b», es probablemente un enana marrón o planeta errante de 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 (89 758 722,4 km; 55 773 623 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 la formación de exolunas o exoplanetas alrededor de J1407b.[43]
