Buscando lunas con anillos fuera del Sistema Solar

El reino de los exoplanetas, es decir, de los planetas que orbitan una estrella diferente al Sol, no deja de sorprender en cuanto a la riqueza y a la diversidad de los mundos que los habitan. Curiosamente, el descubrimiento de estos nuevos mundos no necesariamente llega a través de su observación, sino que puede ser el producto de la aplicación de modelos teóricos y computacionales desarrollados por astrofísicos. Sin embargo, tales hallazgos deben aguardar por una contraparte observacional que confirme su existencia. Los exoplanetas han sido observados, pero las exolunas, los anillos exoplanetarios, las moonmoon, (o sublunas, pequeños cuerpos que orbitan a las lunas de los exoplanetas), y los ploonets (o plunetas, satélites de exoplanetas gigantes que escapan de su órbita, para convertirse en un nuevo mundo del sistema planetario), son objetos astrofísicos teóricos que aún aguardan por su confirmación observacional.

En esta línea, un equipo internacional de astrofísicos, liderados por Mario Sucerquia, investigador postdoctoral FONDECYT en la Universidad de Valparaíso, y miembro del Núcleo Milenio de Formación Planetaria, propuso la existencia de un nuevo objeto astronómico, las cronolunas (o cronomoons). Estos son satélites de los planetas gigantes rodeados de complejos sistemas de anillos, según se describe en una nueva investigación publicada en la prestigiosa revista Monthly Notices of The Royal Astronomical Society, del Reino Unido.

En la investigación también participaron la directora del NPF Amelia Bayo, los investigadores asociados Jorge Cuadra y Johan Olofsson, y el investigador adjunto Matias Montesinos.

“Las lunas con anillos son un paisaje alienígena típico de las historias de ciencia ficción y de las aventuras futuristas de viajeros interestelares. A pesar de ello, previo a este trabajo, no ha habido ningún intento de estudiar con profundidad científica estos mundos hipotéticos, que también pueden ofrecernos información valiosa de la complejidad dinámica y morfológica de los sistemas planetarios. Este vacío intelectual, sumado a la notoria ausencia de cronolunas en el sistema solar, fueron las principales motivaciones para indagar sobre su posible existencia, sus rutas de formación y estabilidad, y sobre las posibles huellas observacionales que podrían delatar su presencia”, explica Sucerquia.

Para realizar la investigación, se emplearon modelos semianalíticos que describen la migración orbital de los satélites, además de simulaciones numéricas diseñadas para estudiar la estabilidad de las partículas componentes de los anillos bajo la influencia de la radiación solar, y las perturbaciones gravitatoria de los todos cuerpos celestes involucrados. Las simulaciones numéricas son aproximaciones por computador para realizar cálculos de alta complejidad, donde no es posible, o es muy costoso, resolver la expresión analítica.

Resultado de las simulaciones numéricas hechas para una cronoluna de anillos helados. En ella se puede observar la formación de brechas en los anillos.

Además de su estabilidad, los investigadores encontraron una característica bastante peculiar en los anillos, que es consecuencia de las perturbaciones gravitacionales periódicas del planeta huésped de la luna sobre las partículas que los componen. En las simulaciones notaron que los anillos de las cronolunas son muy propensos a tener brechas, que aparecen de forma natural. Esto es un fenómeno análogo a las así llamadas divisiones de Cassini de los anillos de Saturno, o las brechas de Kirkwood en el cinturón de asteroides en del Sistema Solar.

Según la publicación, las cronolunas podrían tener diversas vías de formación. La mayoría de ellas requiere una interacción violenta, como las colisiones entre lunas. Posteriormente, los escombros de estas colisiones se esparcirían en órbita del cuerpo sobreviviente formando estructuras anulares, cuya composición, morfología y tamaño dependerían de las propiedades físicas de los objetos involucrados. Los investigadores encontraron que hay una serie de condiciones físicas en las cuales las cronolunas pueden ser estables a lo largo de millones de años, y que la supervivencia de los anillos compuestos de polvo es más factible que la de los anillos helados, pero con los de polvo siendo más compactos que sus contrapartes heladas.

“El método de los tránsitos planetarios (es decir, la detección de microeclipses en otras estrellas), podría revelar la existencia de las cronolunas a través de dos efectos a tener en cuenta. En primer lugar, al tener anillos, la profundidad de los tránsitos de la cronoluna sería mucho mayor que la de cuerpos sin anillos; es decir, los anillos ocultarían un área mayor de la estrella, por lo que una detección podría interpretarse erróneamente como proveniente de un objeto mucho mayor en tamaño y sin anillos. Sin embargo, en verdad se trataría de un objeto más liviano, que induciría en el planeta un tambaleo gravitatorio mucho menor que el esperado, alterando en menor medida la periodicidad y la duración de los tránsitos del planeta. Estos dos efectos que son incompatibles entre sí, serían la huella de una cronoluna”, explica Sucerquia.

Sin embargo, comenta el científico, para detectar una cronoluna es necesario detectar primero una luna, y ese es un reto todavía vigente.  “En la actualidad hay un puñado de candidatos a exolunas, pero solo la más inusual de todas parece pasar todos los filtros de verificación. De acuerdo a la interpretación de las curvas de luz del sistema, Kepler 1625 b está compuesto por un planeta cuya masa se asemeja a la de Júpiter, acompañado por un satélite tan grande como Neptuno. Los tamaños de los cuerpos involucrados en esta configuración son incompatibles con los modelos actuales de formación de satélites, por lo que la interpretación de estas curvas de luz sigue siendo todavía motivo de debate entre la comunidad de científicos planetarios. Las cronolunas ofrecen otra posible interpretación para estas curvas de luz, solucionando en parte el problema del tamaño de la luna”, indica.

El sistema Kepler 1625b según dos interpretaciones: a la izquierda, como una exoluna demasiado grande, y a la derecha, como una cronoluna.
El sistema Kepler 1625b según dos interpretaciones: a la izquierda, como una exoluna demasiado grande, y a la derecha, como una cronoluna.

Link a la publicación científica: https://arxiv.org/abs/2112.02687

Fuente: Carol Rojas, Núcleo de Formación Planetaria