En una noche despejada, con un telescopio de aficionado decente, Saturno y su serie de notables anillos pueden verse desde la superficie de la Tierra. Pero, ¿cómo surgieron esos anillos? ¿Y qué pueden decirnos sobre Saturno y sus lunas, uno de los lugares potenciales en los que la NASA espera buscar vida? Una nueva serie de simulaciones por supercomputadora ha ofrecido una respuesta al misterio del origen de los anillos, que implica una colisión masiva, cuando los dinosaurios aún vagaban por la Tierra.
Según una nueva investigación de la NASA y sus socios, los anillos de Saturno podrían haber evolucionado a partir de los restos de dos lunas heladas que chocaron y se rompieron hace unos cientos de millones de años. Los restos que no terminaron en los anillos también podrían haber contribuido a la formación de algunas de las lunas actuales de Saturno.
"Hay muchas cosas que todavía no sabemos sobre el sistema de Saturno, incluidas sus lunas que albergan entornos que podrían ser adecuados para la vida", dijo Jacob Kegerreis, científico investigador del Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley, California. "Por eso, es emocionante utilizar grandes simulaciones como éstas para explorar en detalle cómo podrían haber evolucionado".
La misión Cassini de la NASA ayudó a los científicos a comprender cuán jóvenes son – astronómicamente hablando – los anillos de Saturno y probablemente algunas de sus lunas. Y ese conocimiento abrió nuevas preguntas sobre cómo se formaron.
Para obtener más información, el equipo de investigación recurrió a la ubicación de la Universidad de Durham de la instalación de supercomputación Distributed Research usando Advanced Computing (DiRAC) en el Reino Unido. Modelaron cómo podrían haber sido las diferentes colisiones entre lunas precursoras. Estas simulaciones se realizaron a una resolución más de 100 veces mayor que estudios anteriores, utilizando el código de simulación de fuente abierta, SWIFT, y brindando a los científicos sus mejores conocimientos sobre la historia del sistema de Saturno.
Los anillos de Saturno hoy viven cerca del planeta, dentro de lo que se conoce como el límite de Roche: la órbita más lejana donde la fuerza gravitacional de un planeta es lo suficientemente poderosa como para desintegrar cuerpos más grandes de roca o hielo que se acercan más. El material que orbita más lejos podría agruparse para formar lunas.
Al simular casi 200 versiones diferentes del impacto, el equipo descubrió que una amplia gama de escenarios de colisión podrían dispersar la cantidad correcta de hielo en el límite de Roche de Saturno, donde podría asentarse en anillos.
Y, aunque explicaciones alternativas no han podido mostrar por qué casi no hay roca en los anillos de Saturno (están hechos casi en su totalidad de trozos de hielo), este tipo de colisión podría explicar eso.
"Este escenario conduce naturalmente a anillos ricos en hielo", dijo Vincent Eke, profesor asociado en el Departamento de Física/Instituto de Cosmología Computacional de la Universidad de Durham y coautor del artículo. "Cuando las lunas progenitoras heladas chocan entre sí, la roca en los núcleos de los cuerpos en colisión se dispersa menos que el hielo que las cubre".
El hielo y los escombros rocosos también habrían golpeado otras lunas del sistema, provocando potencialmente una cascada de colisiones. Tal efecto multiplicador podría haber alterado cualquier otra luna precursora fuera de los anillos, a partir de la cual se podrían haber formado las lunas actuales.
Pero, en primer lugar, ¿qué pudo haber desencadenado estos acontecimientos? Dos de las antiguas lunas de Saturno podrían haber sido empujadas a una colisión por los efectos generalmente pequeños de la gravedad del Sol que "se sumaron" para desestabilizar sus órbitas alrededor del planeta. En la configuración correcta de órbitas, la atracción adicional del Sol puede tener un efecto de bola de nieve –una “resonancia”– que alarga e inclina las órbitas generalmente circulares y planas de las lunas hasta que sus trayectorias se cruzan, lo que resulta en un impacto de alta velocidad.
La luna de Saturno, Rea, hoy orbita un poco más allá de donde una luna encontraría esta resonancia. Al igual que la Luna de la Tierra, los satélites de Saturno migran hacia afuera del planeta con el tiempo. Entonces, si Rea fuera antigua, habría cruzado la resonancia en el pasado reciente. Sin embargo, la órbita de Rea es muy circular y plana. Esto sugiere que no experimentó los efectos desestabilizadores de la resonancia y, en cambio, se formó más recientemente.
La nueva investigación se alinea con la evidencia de que los anillos de Saturno se formaron recientemente , pero todavía quedan grandes preguntas abiertas. Si al menos algunas de las lunas heladas de Saturno también son jóvenes, ¿qué podría significar eso para el potencial de vida en los océanos bajo la superficie de mundos como Encelado ? ¿Podemos desentrañar la historia completa desde el sistema original del planeta, antes del impacto, hasta el día de hoy? Las investigaciones futuras basadas en este trabajo nos ayudarán a aprender más sobre este fascinante planeta y los mundos helados que lo orbitan.
