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El tamaño de los anillos de Urano está controlado por las cinco lunas principales del planeta, que son capaces de expulsar cantidades significativas de polvo fuera del sistema uraniano.
Es el resultado de nuevas simulaciones diseñadas para descubrir de dónde pueden haber venido los anillos, publicadas en arXiv.
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Urano, el séptimo planeta desde el Sol, se destaca por estar inclinado 98 grados, un legado de un impacto gigante hace mucho tiempo en la historia del planeta.
“Una de mis motivaciones era descubrir si los anillos de Urano son artefactos del impacto original que derribó a Urano”, dijo a Space.com Stephen Kane, profesor de astrofísica planetaria en la Universidad de California, Riverside (UCR). “Resulta que la respuesta probablemente sea no, porque el material del anillo simplemente no duraría mucho tiempo”, agregó.
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Kane y su colega científico planetario de la UCR, Zhexing Li, son autores de un nuevo artículo que describe simulaciones de las interacciones entre las cinco lunas principales de Urano (Umbriel, Titania, Oberon, Miranda y Ariel) y los anillos. En particular, las interacciones alcanzan su punto máximo cuando las lunas están en “resonancias de movimiento medio” con los anillos.
Una resonancia de movimiento medio entre dos objetos en órbita se produce cuando el período orbital del cuerpo exterior es un número entero mayor que el período orbital del cuerpo interior.
Por ejemplo, si una luna realiza una órbita por cada dos órbitas completadas por partículas anulares a cierta distancia de Urano, estas caen en resonancia gravitacional.
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Esta resonancia puede hacer que el material de los anillos salga del sistema y truncar el tamaño del sistema de anillos de Urano. Son las resonancias con las dos lunas más internas de Urano, Miranda, de 480 kilómetros de ancho, y Ariel, de 1.160 kilómetros de ancho, las que tienen la mayor influencia, truncando severamente los anillos a distancia de 4,3 radios planetarios. (El radio de Urano es 25.362 km, por lo que 4,3 radios planetarios son 109.000 km).
Los anillos de Urano pueden haber sido más grandes y más brillantes cuando se formaron originalmente, pero desde entonces han disminuido por el efecto abrasador de las lunas. El hecho de que Urano todavía tenga anillos sugiere que están siendo reabastecidos por varias fuentes de polvo en el sistema uraniano. Una fuente principal son los impactos, grandes y pequeños, en las lunas.
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“Aún se desconoce cuál es la tasa de impacto de Urano”, dijo Kane. “Pero[la existencia de los anillos a pesar de esta pérdida de masa sugiere que podría ser mayor de lo que se pensaba originalmente”.
Además de los impactos, la desgasificación también podría contribuir al suministro de partículas al sistema. Cuando las lunas heladas entran en resonancia, las mareas gravitacionales de las otras lunas y del propio Urano pueden flexionar sus interiores, instigando el criovulcanismo que conduce a la expulsión de material de las lunas.
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Kane y Li descubrieron que, tras un influjo de partículas de polvo en el sistema de Urano mediante uno de los métodos anteriores, las lunas son capaces de expulsar el 35% de ese material en una distancia de 40 radios planetarios (aproximadamente 1 millón de kilómetros) de Urano en solo medio millón de años. La tasa de pérdida de masa luego se ralentiza y alcanza el 40% después de decenas de millones de años.
“Me sorprendió lo alta que es la tasa de pérdida masiva”, dijo Kane. “Es la interacción entre lunas la que provoca esta pérdida de masa”. Para complicar más las cosas, las órbitas de las lunas de Urano han cambiado con el tiempo.
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“Hay mucha evidencia de que con el tiempo se han movido a diferentes lugares resonantes”, dijo Kane. Dado que hay más oportunidades para órbitas resonantes más cercanas a Urano, “el truncamiento de los anillos habría sido más severo en el pasado a medida que esas lunas interiores entraban y salían de la resonancia”.
Las simulaciones también muestran que había oportunidades para que los anillos tuvieran órbitas estables entre las órbitas de las grandes lunas. “Es muy interesante pensar en cómo habría sido eso, con las lunas incrustadas dentro de los anillos y las lunas tallando estos espacios”, dijo Kane.
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Urano no es el único sistema planetario que actúa así. En 2022, Kane realizó un estudio similar de Júpiter, que tiene anillos muy débiles y delgados, lo que contradice la enorme masa del planeta. En ese estudio, Kane descubrió que las cuatro grandes lunas galileanas de Júpiter (Ío, Europa, Ganímedes y Calisto) eran responsables de expulsar la mayor parte del material polvoriento que de otro modo podría llegar a los anillos.
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