Misteriosas oscilaciones en los anillos de Saturno revelan pistas sobre su interior «difuso»

¿Qué hay en un gigante gaseoso?

No es lo mismo. Los interiores de Júpiter y Saturno son en realidad muy difíciles de sondear. Pero el extenso y excepcionalmente glorioso sistema de anillos de Saturno está demostrando ser una excelente herramienta para descubrir densidades debajo de sus gruesas capas de nubes, hasta el núcleo.

Este núcleo, según un nuevo análisis de ‘oscilaciones’ en el anillo principal más interno de Saturno, probablemente no sea una bola densa de níquel y hierro, como se piensa actualmente, sino una región «difusa» compuesta principalmente de hidrógeno y helio, con una mezcla gradual de elementos más pesados, que se extiende más del 60% del radio del planeta y contiene alrededor de 17 masas terrestres de hielo y roca.

Este descubrimiento publicado en el servidor de preimpresión arXiv y esperando revisión por pares, Esto es similar a descubrimientos recientes sobre el interior de Júpiter basado en datos de Juno, y eso podría cambiar nuestras suposiciones sobre la estructura inicial y la historia de la formación de Saturno.

¿Cómo podemos aprender esto de los anillos de Saturno? Todo tiene que ver con la forma en que los ruidos en el vientre de Saturno influyen en el campo gravitacional exterior del planeta.

Las ondas acústicas y las oscilaciones dentro de los cuerpos cósmicos son una herramienta brillante para sondear su estructura interna. Hacemos esto aquí en la Tierra, donde los terremotos envían ondas similares a través del planeta; la forma en que estas ondas rebotan allí puede revelar diferentes densidades, lo que nos permite identificar estructuras que nunca podríamos esperar ver. En el Sol y otras estrellas, las ondas acústicas internas aparecen como fluctuaciones en el brillo.

Saturno no es un lugar para un sismómetro, y su brillo no fluctúa, pero algunos años atrás, los científicos notaron patrones característicos en el anillo C de Saturno, el más interno de sus anillos principales.

Estos, concluyeron, probablemente no serían producidos por las lunas de Saturno, ya que tales patrones se encuentran en los anillos exteriores; en cambio, parecen ser generados por oscilaciones profundas dentro del planeta, que influyen en el campo gravitacional.

Diagrama de 2015 que muestra cómo se espera que las oscilaciones internas afecten los anillos de Saturno. (Matthew Hedman / Universidad de Idaho)

Así surgió el campo de la cronosismología: el estudio del interior de Saturno a través del análisis de estas ondas en el anillo C.

Ahora, los astrofísicos Christopher Mankovich y Jim Fuller de Caltech han realizado un nuevo análisis de una onda de anillo C interno previamente caracterizada, cuya frecuencia era mucho más baja de lo esperado del modelo establecido de Saturno. Este patrón de frecuencia, descubrieron, impone una nueva restricción estricta en la composición del interior de Saturno.

«Nuestros modelos imponen fuertes restricciones sobre la masa y el tamaño del núcleo del elemento pesado de Saturno, aunque la naturaleza diluida de ese núcleo requiere una descripción más matizada que en los modelos tradicionales en capas», escribieron en su periódico.

Con base en estas restricciones, infirieron que la masa del núcleo es aproximadamente 55 veces la masa de la Tierra, que contiene 17 masas terrestres de roca y hielo. El resto sería predominantemente hidrógeno y helio; todo es difuso y gradualmente mezclado, en lugar de una estratificación estrictamente delineada, con una concentración más densa de elementos más pesados ​​justo en el centro.

Esto representa un desafío para los modelos de formación planetaria. Se cree que los planetas se forman a partir de un modelo de acumulación de guijarros de abajo hacia arriba, en el que pequeños trozos de roca se unen electrostáticamente hasta que la «semilla» planetaria es lo suficientemente grande como para atraer gravitacionalmente más y más material, formando finalmente un planeta.

Para los gigantes gaseosos como Júpiter y Saturno, se pensaba que el material más pesado se hundía hacia el centro, formando un núcleo sólido y permitiendo que el gas de baja densidad se elevara a las regiones exteriores.

Los modelos recientes sugieren más distribución gradual de material; o es posible que mezcla convectiva da como resultado una distribución más gradual.

Aun así, el modelado de trayectorias de formación para un núcleo difuso ha retador probado, y es probable que se necesite un truco científico más complejo para comprender completamente cómo puede suceder esto.

Sin embargo, esto puede ser poner el carro un poco por delante del caballo. El nuevo estudio se basa en una onda de anillo C. Un poco más de cronoseismología ayudaría a validar la interpretación de un núcleo difuso de Saturno.

La investigación está disponible en arXiv.