Los anillos de Saturno, Neptuno y Urano están compuestos de pedazos de planetas enanos similares a Plutón, que se acercaron demasiado a estos mundos hace 4.000 millones de años. En el primer caso fue el hielo, y en los otros dos también su roca.
En aquella época del sistema solar, estos planetas gigantes se movieron de posición agitando tanto el Cinturón de Kuiper como el cinturón principal de asteroides entre Marte y Júpiter.
Los empujones gravitatorios resultantes afectaron a muchos objetos en estos dos reinos que se dirigían hacia el sistema solar interior, causando una era de impactos cósmicos conocida como el Bombardeo Pesado Tardío.
Un equipo de investigadores liderados por Hoyodo Ryuki, de la Universidad de Kobe (Japón), ha presentado un nuevo modelo para el origen de los anillos de Saturno basado en los resultados de simulaciones por computadora. Los resultados de las simulaciones son también aplicables a anillos de otros planetas gigantes y explican las diferencias de composición entre los anillos de Saturno y Urano. Los resultados han sido publicados en la revista Icarus.
Los planetas gigantes en nuestro sistema solar tienen anillos muy diversos. Las observaciones muestran que los anillos de Saturno están hechos de más de 95% de partículas heladas, mientras que los anillos de Urano y Neptuno son más oscuros y pueden tener un mayor contenido de roca. El origen de los anillos ha estado poco claro y los mecanismos que conducen a los diversos sistemas de anillo eran desconocidos.
En el presente estudio, los investigadores calcularon la probabilidad de que grandes objetos del Cinturón de Kuiper pasaran lo suficientemente cerca de los planetas gigantes para ser destruidos por su fuerza de marea durante el Bombardeo Pesado Tardío. Los resultados mostraron que Saturno, Urano y Neptuno experimentaron encuentros cercanos con estos grandes objetos celestes varias veces.
A continuación, el grupo utilizó simulaciones por ordenador para investigar el proceso. Los resultados de las simulaciones variaron dependiendo de las condiciones iniciales, como la rotación de los objetos que pasan y su distancia mínima de aproximación al planeta. Sin embargo, descubrieron que en muchos casos los fragmentos que comprendían 0,1-10% de la masa inicial de los objetos pasantes fueron capturados en órbitas alrededor del planeta.
La masa combinada de estos fragmentos capturados resultó ser suficiente para explicar la masa de los anillos actuales alrededor de Saturno y Urano. En otras palabras, estos anillos planetarios se formaron cuando objetos suficientemente grandes pasaron muy cerca de los planetas gigantes y fueron destruidos.
Los investigadores también simularon la evolución a largo plazo de los fragmentos capturados usando superordenadores en el Observatorio Astronómico Nacional de Japón. De estas simulaciones se encontró que los fragmentos capturados con un tamaño inicial de varios kilómetros colisionaron a alta velocidad repetidamente y poco a poco se rompieron en pedazos pequeños. También se constató que tales colisiones entre fragmentos terminan circulando en las órbitas de los planetas gigantes y conduce a la formación de los anillos observados hoy.
Este modelo también puede explicar la diferencia de composición entre los anillos de Saturno y Urano. Comparado con Saturno, Urano (y también Neptuno) tiene mayor densidad (la densidad media de Urano es de 1,27 g cm-3 y 1,64 g cm-3 para Neptuno, mientras que la de Saturno es 0,69 g cm-3). Esto significa que en los casos de Urano (y Neptuno), los objetos pueden pasar cerca del planeta, donde experimentan fuertes fuerzas de marea. (Saturno tiene una densidad más baja y una gran relación diámetro-masa, así que si los objetos pasan muy cerca chocarán con el planeta mismo).
Como resultado, si los objetos del cinturón de Kuiper tienen estructuras estratificadas como un núcleo rocoso con un manto helado y pasan cerca de Urano o Neptuno, además del manto helado, incluso el núcleo rocoso será destruido y capturado, formando anillos que incluyen composición rocosa. Sin embargo, si pasan por Saturno, sólo el manto helado será destruido, formando anillos helados. Esto explica las diferentes composiciones de anillo.
