Un grupo internacional de 59 astrónomos, liderado por brasileños, descubrió un denso anillo formado por pequeños bloques de hielo y rocas girando a 4.100 kilómetros (km) de distancia de un objeto distante del Sistema Solar. La presencia de esa estructura circular en una órbita tan alejada del centro de Quaoar, como se denomina a ese gélido objeto, contradice por completo un postulado fundamental de la mecánica celeste. Según el límite de Roche, una fórmula utilizada desde mediados del siglo XIX para calcular la posición esperable de las estructuras cósmicas en torno a objetos mayores, tales como anillos y satélites naturales (lunas), el anillo situado alrededor de Quaoar debería encontrarse a una distancia máxima de 1.780 km.
“Nunca antes se había observado un anillo denso en la órbita de un objeto que estuviera fuera del límite de Roche”, explica el astrofísico Bruno Morgado, del Observatorio de Valongo de la Universidad Federal de Río de Janeiro (OV-UFRJ), principal responsable de este descubrimiento, descrito en un artículo publicado el 8 de febrero en la revista Nature. “Lo que debería haberse formado a esa distancia de más de 4.000 km de Quaoar es una luna, no un anillo”. El hallazgo conduciría a un ajuste de las teorías que prevén la formación de anillos y satélites en torno de los planetas y otros objetos celestes.
Descubierto en 2002, Quaoar es un pequeño mundo helado, de 1.121 km de diámetro, unas 11,5 veces menor que el de la Tierra. Su nombre hace referencia al dios de la creación en la mitología del pueblo originario americano Tongva, que habita en el actual territorio de Estados Unidos. En términos generales, Quaoar es clasificado como un objeto transneptuniano. Se encuentra en el cinturón de Kuiper, que comienza inmediatamente después de la órbita de Neptuno, el octavo planeta de nuestro sistema solar (Plutón, que también se encuentra dentro del cinturón, fue considerado el noveno planeta hasta 2006, cuando se lo degradó a la condición de planeta enano). El cinturón de Kuiper está constituido por billones de trozos de materia (hielo y rocas) sobrantes del proceso de formación del sistema solar, hace 4.600 millones de años. Sus fragmentos más destacados pueden clasificarse como cometas o planetas enanos. En el caso de Quaoar, que tiene la mitad del diámetro de Plutón, es candidato a ser reconocido oficialmente como planeta enano.
No existen imágenes del anillo de Quaoar, sino evidencias indirectas de su presencia. Los científicos han observado desde varios telescopios ubicados en distintos puntos de la Tierra una disminución del brillo de estrellas siempre que Quaoar y su anillo pasaban delante de ellas. “Se trata de un fenómeno similar a un eclipse”, compara el astrofísico Felipe Braga Ribas, de la Universidad Tecnológica Federal de Paraná (UTFPR), otro de los autores del estudio. “Hemos registrado la firma típica de un ocultamiento causado por el paso de un objeto con un anillo”.
La firma de un ocultamiento causado por un objeto con un anillo se caracteriza por producir, a lo largo de un minuto, tres reducciones sucesivas del brillo de la estrella: una menor, ocasionada por la interposición de una porción del anillo; una mayor, a causa del cruce del objeto en sí mismo (en este caso, Quaoar), y otra menor, producida por la otra parte del anillo. Las dos disminuciones menores de la luminosidad de estrellas causadas por el anillo de Quaoar presentaron una ligera diferencia de intensidad. “El anillo no es del todo simétrico”, dice el astrofísico Rafael Sfair, de la Facultad de Ingeniería y Ciencias de la Universidade Estadual Paulista (Unesp), quien también suscribe el estudio. “Uno de sus lados es más ancho que el otro”. Las investigaciones de Sfair, quien estudia las características y la dinámica orbital de los anillos, son financiadas en parte por un proyecto de la FAPESP.
NASA / ESA / H. WEAVER / E. SMITH (STSCI)Imagen tomada en 1994 que muestra los fragmentos del cometa Shoemaker-Levy 9, que se desintegró al cruzar el límite de Roche de JúpiterNASA / ESA / H. WEAVER / E. SMITH (STSCI)
El valor del límite de Roche se calcula a partir de ciertos parámetros, en particular, el radio y la densidad del objeto principal y el espesor de las estructuras que lo orbitan (lunas o anillos). Grosso modo, dentro de este límite, la influencia de la fuerza gravitatoria del cuerpo mayor impide que los fragmentos de materia en su órbita se unan y formen una luna. Tan solo existen una o dos excepciones conocidas para esta norma. En ese caso, el patrón dominante es que surja un anillo alrededor del cuerpo mayor. Fuera del límite de Roche, los fragmentos de materia son capaces de fusionarse y generar lunas. El propio Quaoar posee un satélite natural –Weywot– que obedece a esta fórmula.
Cuando un satélite o un cometa cruzan el límite de Roche de un planeta, tienden a desintegrarse por efecto de la gravedad del objeto mayor. En julio de 1992, el cometa Shoemaker-Levy 9 se fragmentó en más de 20 partes al cruzar el límite de Roche de Júpiter. Dos años después, esas esquirlas se estrellaron contra el planeta.
Uno de los planetas del sistema solar, Saturno, posee el mayor y más espectacular sistema de anillos. También Urano, Júpiter y Neptuno presentan estas estructuras circulares alrededor. En este siglo, también se han descubierto anillos en otros tipos de objetos, tales como planetas extrasolares, lunas, estrellas y otros cuerpos celestes. En 2013, Ribas fue el autor principal de un trabajo que descubrió el primer anillo en torno de un asteroide situado entre las órbitas de Saturno y Urano, un objeto de 250 km de diámetro denominado Chariklo. “Pero ese anillo se encuentra dentro del límite de Roche”, comenta el astrofísico de la UTFPR.
Por el momento, los astrofísicos no hallan explicación para la ubicación tan apartada del anillo de Quaoar. Una posibilidad es que exista alguna influencia gravitatoria desconocida sobre el sistema que impida que los fragmentos que componen el anillo se unan y generen, como sería de esperarse, un satélite natural. Esto podría estar causado por una irregularidad de Quaoar, por su luna Weywot, o incluso por algún pequeño satélite desconocido.
“Si fuera una estructura transitoria, el anillo debería ir desapareciendo gradualmente a medida que su material vaya agrupándose”, escribió el astrofísico Matthew Hedman, de la Universidad de Idaho (EE. UU.), en un artículo de comentario también publicado el 8 de febrero en la revista Nature. “Sin embargo, si fuera de larga duración, las variaciones de opacidad a lo largo de su extensión pueden rastrearse en el tiempo para determinar con exactitud la velocidad a la que el material del anillo está orbitando alrededor de Quaoar”.
Los brasileños Morgado, Ribas y Sfair sostienen que los fragmentos de un anillo como el hallado alrededor de este cuerpo helado del cinturón de Kuiper, teóricamente se aglutinarían y formarían una luna al cabo de entre 5 y 10 años. No se conoce la edad exacta de Quaoar, pero es razonable suponer que existe desde hace millones o incluso miles de millones de años. “Sería casi imposible que hayamos tenido la suerte de descubrir el anillo poco antes de que sus fragmentos se unan y den origen a un satélite”, comenta el astrónomo de la UFRJ.
Proyectos
A relevância dos pequenos corpos em dinâmica orbital (nº 16/24561-0); Modalidad Projeto Temático; Investigador responsable Othon Winter (Unesp); Inversión R$ 5.015.245,17.
Artículos científicos
MORGADO, B. E. et al. A dense ring of the trans-Neptunian object Quaoar outside its Roche limit. Nature. 8 feb. 2023.
HEDMAN. M. M. A planetary ring in a surprising place. Nature. 8 feb. 2023.
