¿Creías que solo Saturno tiene anillos? Un asteroide de 250 km reconfigura los suyos ante la mirada del Webb

El telescopio espacial James Webb descubrió que dos anillos alrededor de Chariklo, un pequeño cuerpo helado entre las órbitas de Saturno y Urano, cambiaron notablemente en apenas unos años. El anillo interior se volvió considerablemente más denso para la luz que lo atraviesa, mientras que el anillo exterior se debilitó drásticamente. Los autores del nuevo estudio consideran las observaciones como una evidencia convincente de que los sistemas anulares de pequeños cuerpos del Sistema Solar pueden evolucionar mucho más rápido de lo que se suponía.

Chariklo pertenece a los centauros, un grupo de pequeños cuerpos cuyas órbitas se encuentran entre los planetas gigantes. El tamaño del objeto es de unos 250 km. Dos anillos estrechos, C1R y C2R, orbitan aproximadamente a 390 y 405 km del centro de Chariklo, por lo que ni siquiera James Webb puede obtener su imagen directa separada.

Los astrónomos estudian los anillos mediante ocultaciones estelares. Cuando un anillo pasa frente a una estrella lejana, el flujo de luz disminuye por un breve periodo. A partir de la profundidad y la duración de esa caída se puede determinar el ancho del anillo, su opacidad y la distribución del material.

James Webb observó una de esas ocultaciones estelares el 18 de octubre de 2022 con la cámara de infrarrojo cercano NIRCam. El evento fue la primera ocultación estelar predicha de antemano que se logró observar con éxito con el telescopio. El propio Chariklo quedó ligeramente desalineado respecto a la línea con la estrella, pero la luz de la estrella atravesó ambos anillos en dos ocasiones.

La inusualmente baja velocidad relativa de Chariklo, de alrededor de 2,5 km/s, permitió obtener una imagen especialmente detallada. Las observaciones se realizaron en dos bandas del infrarrojo cercano, lo que permitió a los investigadores comparar las propiedades de los anillos no solo entre sí, sino también con los resultados de ocultaciones registradas en años anteriores.

Los cambios más notables se dieron en el anillo interior C1R. Su opacidad resultó ser sustancialmente mayor que los valores previos. El ancho equivalente, un indicador que tiene en cuenta simultáneamente el tamaño del anillo y la cantidad de material que bloquea la luz estelar, también aumentó de forma apreciable. Los autores asocian el resultado bien con la aportación de material nuevo, bien con una reestructuración del material ya existente.

Una posible explicación está relacionada con colisiones entre partículas. Si fragmentos grandes se desgajan en multitud de granos pequeños, el área superficial total del material aumenta incluso sin un incremento notable de la masa. Como consecuencia, el anillo llega a bloquear más luz de la estrella de fondo.

El anillo exterior C2R cambió en sentido opuesto. Su señal resultó mucho más débil que en observaciones anteriores. En una de las bandas del infrarrojo los investigadores registraron solo una manifestación débil del anillo, y en la otra no pudieron detectar C2R con confianza. La comparación con las mediciones de 2017 indica una disminución de aproximadamente el 60 % en el área efectiva del material que bloquea la luz estelar.

No se puede explicar esa pauta simplemente con el traslado de partículas de C2R al anillo interior. El aumento de la cantidad de material que tapa la luz en C1R excede aproximadamente por un orden de magnitud la disminución del indicador correspondiente en el anillo exterior. Por tanto, la desaparición de material en C2R no puede por sí sola explicar el refuerzo observado en C1R.

Los investigadores también evaluaron si James Webb pudo haber cruzado por casualidad una sección especialmente densa del anillo interior y, al mismo tiempo, una parte poco densa del anillo exterior. Los cálculos mostraron una probabilidad muy baja de tal coincidencia. El resultado apunta a cambios reales en el sistema, aunque su causa física aún no se ha establecido.

Queda además una incertidumbre relacionada con el anillo exterior. Las ocultaciones estelares anteriores se observaron en su mayoría en luz visible, mientras que James Webb trabajó en el infrarrojo. Las partículas de cierto tamaño pueden absorber y dispersar la luz de forma diferente según la longitud de onda. Por ello, una señal más débil de C2R no implica necesariamente que una fracción comparable de material haya abandonado realmente el anillo.

Los modelos mostraron que las observaciones se pueden explicar con una gran cantidad de polvo muy fino, incluyendo partículas de silicato de tamaño alrededor de 0,2–0,5 μm. Ese escenario plantea otro problema. La radiación solar afecta notablemente a los granos microscópicos y puede cambiar sus órbitas con relativa rapidez, por lo que un anillo polvoriento sin un mecanismo adicional de retención debería dispersarse gradualmente.

Los autores analizan dos escenarios que no se excluyen mutuamente. C2R puede estar efectivamente perdiendo material y ser una estructura relativamente efímera. Al mismo tiempo, la señal inusual en el infrarrojo puede depender del tamaño y la composición de las partículas. Nuevas observaciones en el rango visible ayudarán a separar estos efectos.

La estabilidad de las propias órbitas añade más misterio. A pesar del cambio en las propiedades ópticas, la posición de los anillos alrededor de Chariklo no se ha desplazado de forma notable a lo largo de los años de observación. Uno de los posibles mecanismos de retención es la existencia de un pequeño satélite pastor cuya gravedad podría impedir la dispersión de las partículas y mantener la estructura estrecha del anillo. Hasta ahora no se ha detectado un satélite confirmado alrededor de Chariklo.

Durante las observaciones James Webb tampoco registró caídas de brillo adicionales que pudieran indicar con seguridad la presencia de otros anillos o satélites a lo largo de la trayectoria de la estrella. La ausencia de señal no excluye la existencia de cuerpos pequeños cuyas dimensiones estén por debajo de la sensibilidad de las observaciones.

Los anillos de Chariklo se descubrieron en 2013 también durante una ocultación estelar. El hallazgo fue sorprendente, ya que hasta entonces los sistemas anulares más llamativos se conocían principalmente en los planetas gigantes. Posteriormente se encontraron anillos en torno a algunos otros objetos pequeños de la región externa del Sistema Solar.

Las observaciones iniciales mostraron que el anillo interior C1R tenía un ancho del orden de varios kilómetros y era considerablemente más denso que el exterior C2R. Ocultaciones posteriores permitieron seguir su estructura durante casi una década. Fue precisamente la larga serie de mediciones la que posibilitó detectar cambios que no se podrían haber observado con un solo evento.

Los nuevos resultados muestran que los pequeños sistemas anulares no se pueden considerar estructuras congeladas. Las partículas pueden fragmentarse, abandonar los anillos, llegar desde fuentes nuevas y redistribuirse bajo la acción de la gravedad y la radiación solar. Al mismo tiempo, la geometría de los anillos puede permanecer casi inalterada.

Las próximas ocultaciones estelares de Chariklo deberían mostrar si C2R continúa debilitándose y si se mantiene la mayor opacidad de C1R. Si los cambios persisten, los astrónomos podrán observar prácticamente en tiempo real la evolución del sistema anular y comprobar qué procesos permiten la existencia de anillos alrededor de un objeto de solo unas pocas centenas de kilómetros de diámetro.