Resolvido mistério por trás dos anéis de Saturno

Esquerda: imagem dos anéis de Saturno, pela sonda Cassini; Direita: imagem dos anéis de Úrano, obtida pelo Telescópio Hubble. Créditos: NASA/JPL/SSI; NASA/JPL/STScI

Uma equipe de investigadores apresentou um novo modelo para a origem dos anéis de Saturno com base em resultados de simulações de computador. Os resultados das simulações são também aplicáveis a anéis de outros planetas gigantes e explicam as diferenças composicionais entre os anéis de Saturno e Úrano. Os achados foram publicados dia 6 de outubro na edição online da Icarus.

Os planetas gigantes do nosso Sistema Solar têm anéis muitos diversos. As observações mostram que os anéis de Saturno são constituídos por mais de 95% de partículas geladas, enquanto os anéis de Úrano e Neptuno são mais escuros e podem ter um maior conteúdo rochoso. Desde que os anéis de Saturno foram observados pela primeira vez no século XVII, a investigação dos anéis cresceu de telescópios terrestres até naves como as Voyager ou a Cassini. No entanto, a origem dos anéis ainda não era clara e os mecanismos que levaram aos diversos sistemas de anéis eram desconhecidos.

O estudo presente centrou-se no período chamado Último Grande Bombardeamento que se pensa ter ocorrido há 4 mil milhões de anos atrás no nosso Sistema Solar, quando os planetas gigantes passaram por uma migração orbital. Pensa-se que existiam vários milhares de objetos com o tamanho de Plutão (um-quinto do tamanho da Terra) oriundos da Cintura de Kuiper para lá de Neptuno. Primeiro, os cientistas calcularam a probabilidade de estes objetos passarem perto o suficiente dos planetas gigantes para serem destruídos pelas forças de maré durante o Último Grande Bombardeamento. Os resultados mostraram que Saturno, Úrano e Neptuno tiveram encontros próximos com estes corpos celestes múltiplas vezes.

Ilustração esquemática do processo de formação de anéis. As linhas pontilhadas mostram a distância na qual a gravidade dos planetas gigantes é suficientemente forte para que ocorra a ruptura de marés. (a) Quando os objetos da Cintura de Kuiper têm encontros próximos com os planetas gigantes, são destruídos pelas forças de maré. (b) Como resultado da fragmentação de maré, alguns fragmentos são capturados para órbitas em redor do planeta. (c) As colisões repetidas provocam a quebra dos fragmentos capturados, a sua órbita torna-se gradualmente mais circular e formam-se, então, os anéis atuais. Crédito: alteração parcial da figura de Hyodo, Charnoz, Ohtsuki, Genda 2016, Icarus

Seguidamente, o grupo usou simulações de computador para investigar a perturbação destes objetos da Cintura de Kuiper devido a forças de maré quando passaram pela vizinhança dos planetas gigantes (figura a). Os resultados das simulações variam dependendo das condições iniciais, como a rotação dos objetos em passagem e da sua aproximação mínima ao planeta. No entanto, descobriram que, em muitos casos, os fragmentos entre 0,1 e 10% da massa inicial dos objetos passageiros foram capturados em órbitas em redor do planeta (figuras a, b). Descobriu-se que a massa combinada destes fragmentos capturados é suficiente para explicar a massa dos anéis em redor de Saturno e Úrano. Por outras palavras, estes anéis planetários foram formados quando objetos suficientemente grandes passaram muito perto dos gigantes e foram destruídos.

Os investigadores também simularam a evolução a longo prazo dos fragmentos capturados, usando supercomputadores do Observatório Astronómico Nacional do Japão. A partir destas simulações, descobriram que os fragmentos capturados com um tamanho inicial de vários quilómetros devem ter sofrido colisões a alta-velocidade, repetidamente, e gradualmente ter sido quebrados em pedaços pequenos. Estas colisões entre fragmentos também circularizaram as órbitas e levaram à formação dos anéis observados atualmente (figuras b, c).

Este modelo também pode explicar as diferenças de composição entre os anéis de Saturno e de Úrano. Em comparação com Saturno, Úrano (e também Neptuno) tem uma maior densidade (a densidade média de Úrano é 1,27 g cm-3 e a de Neptuno é 1,64 g cm-3, enquanto a de Saturno é de 0,69 g cm-3). Isto significa que nos casos de Úrano e Neptuno, os objetos que passam muito perto da sua vizinhança podem sofrer forças de maré extremamente fortes (Saturno tem uma densidade mais baixa e uma maior relação diâmetro-massa, de modo que se os objetos passam demasiado perto colidem com o próprio planeta). Como resultado, se os objetos da Cintura de Kuiper tiverem estruturas em camadas, como um núcleo rochoso com um manto gelado, e passarem bastante perto de Úrano e Neptuno, além do manto gelado, até o núcleo rochoso será destruído e capturado, formando anéis. Isto explica as diferentes composições dos anéis.

Estes resultados ilustram que os anéis dos planetas gigantes são subprodutos naturais do processo de formação planetária do nosso Sistema Solar. Isto implica que os planetas gigantes descobertos em redor de outras estrelas têm, provavelmente, anéis formados por um processo semelhante. Há pouco tempo foi divulgada a descoberta de um sistema de anéis em torno de um exoplaneta, e as descobertas adicionais de anéis e satélites em redor de exoplanetas irá avançar a nossa compreensão da sua origem.

Fonte: Astronomia Online