Misteriosos bamboleos en los anillos de Saturno revelan pistas sobre su interior ‘difuso’

¿Qué hay en un gigante gaseoso?

No realmente. Los interiores de Júpiter y Saturno son en realidad bastante difíciles de sondear. Pero el excepcionalmente glorioso y extenso sistema de anillos de Saturno está demostrando ser una excelente herramienta para determinar las densidades en las profundidades de sus gruesas capas de nubes, hasta el núcleo.

Ese núcleo, según un nuevo análisis de ‘bamboleos’ en el anillo principal más interno de Saturno, probablemente no sea una bola densa de níquel y hierro, como se piensa actualmente, pero una región “difusa” de principalmente hidrógeno y helio, con una mezcla gradual de elementos más pesados, que se extiende hasta el 60 por ciento del radio del planeta y contiene alrededor de 17 masas terrestres de hielo y roca.

Este descubrimi ento, publicado en el servidor de preimpresión arXiv

y esperando revisión por pares, es parecido a hallazgos recientes sobre el interior de Júpiter basado en datos de Juno, y podría cambiar nuestras suposiciones sobre la estructura temprana y la historia de formación de Saturno.

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

Las ondas acústicas y las oscilaciones dentro de los cuerpos cósmicos son una herramienta brillante para sondear su estructura interior. Lo hacemos 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 interiores se manifiestan como fluctuaciones de brillo.

Saturno no es un lugar para un sismómetro, y no sufre fluctuaciones de brillo, pero Hace unos pocos años, los científicos notaron patrones característicos en el anillo C de Saturno, el más interno de sus anillos principales.

Estos, concluyeron, era poco probable que fueran producidos por las lunas de Saturno, ya que tales patrones se encuentran en los anillos exteriores; en cambio, parecen ser generados por oscilaciones profundas en el interior planetario, que influyen en el campo gravitacional.

kronoseismologíaDiagrama de 2015 que muestra cómo las oscilaciones internas deberían afectar los anillos de Saturno. (Matthew Hedman / Universidad de Idaho)

Así surgió el campo de la kronoseismología: el estudio del interior de Saturno mediante el 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 del anillo C interno previamente caracterizada, cuya frecuencia era mucho más baja de lo esperado del modelo interior establecido de Saturno. Este patrón de frecuencia, descubrieron, impone una nueva y estricta restricción a la composición interior de Saturno.

“Nuestros modelos imponen restricciones estrictas sobre la masa y el tamaño del núcleo de elementos pesados ​​de Saturno, incluso cuando la naturaleza diluida de este núcleo requiere una descripción más matizada que en los modelos tradicionales en capas”. escribieron en su papel.

Basándose en estas limitaciones, infirieron que la masa del núcleo es alrededor de 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 delimitada, con una concentración más densa de elementos más pesados ​​en el mismo centro.

Esto plantea un desafío para los modelos de formación planetaria. Se cree que los planetas se forman a partir de un modelo de acreción 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 dejando que el gas de menor 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 vías de formación para un núcleo difuso ha probado desafiante, y es probable que se requiera un juego científico más complejo para comprender completamente cómo puede suceder.

Sin embargo, eso puede ser poner el carro un poco antes que el caballo. El nuevo estudio se basa en una onda de anillo C. Un poco más de kronoseismología ayudaría a validar la interpretación de un núcleo borroso de Saturno.

La investigación está disponible en arXiv.

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