Primera Simulación Completa del Asteroide Cariclo da lugar a nuevos conocimientos sobre el Sistema de Anillos

Figura 1: Esta visualización fue construida a partir de la simulación del doble anillo de Chariklo.
(Crédito: Shugo Michikoshi, Eiichiro Kokubo, Hirotaka Nakayama, Proyecto 4D2U, NAOJ)
Ver animación. Descargar: archivo PNG (3.3 MB).

Un equipo de investigadores en Japón modeló los dos anillos alrededor de Cariclo (en Inglés: Chariklo), el cuerpo más pequeño en el Sistema Solar que se sabe  tiene anillos (Figura 1). Esta es la primera vez que todo un sistema de anillos se ha simulado usando tamaños realistas para las partículas del anillo y a su vez teniendo en cuenta las colisiones e interacciones gravitacionales entre las partículas. La simulación  reveló información sobre el tamaño y la densidad de las partículas en los anillos. Al tener en cuenta por primera vez tanto la estructura detallada como la imagen global, el equipo encontró que el anillo interior de Cariclo debe ser inestable en sí mismo (es decir sin una ayuda externa). Es posible que las partículas del anillo sean mucho menores de lo previsto o bien que un satélite pastor no descubierto aún alrededor de Cariclo  esté estabilizando el anillo interior.

 

Órbita del Asteroide Cariclo, perteneciente al grupo de los Centauros. Crédito: NASA-JPL-Calthec.

Con el fin de dilucidar la estructura detallada y la evolución de los anillos de Cariclo, el Dr. Shugo Michikoshi (Universidad de Mujeres, Kyoto  / Universidad de Tsukuba) y el Prof. Eiichiro Kokubo (Observatorio Astronómico Nacional de Japón, NAOJ) realizaron simulaciones de los anillos utilizando el superordenador Aterui  * 1 en NAOJ. Se calculan los movimientos de 345 millones de partículas de los anillos con el tamaño real de unos pocos metros, teniendo en cuenta las colisiones inelásticas y las atracciones gravitacionales mutuas entre las partículas. Gracias a las muchas CPU de Aterui y al pequeño tamaño del sistema de anillos de Cariclo, los investigadores llevaron a cabo con éxito la primera simulación global (del sistema de anillos completo y no de una parte)  con partículas de tamaños realistas * 2

El Centro para la Astrofísica Computacional (CFCA) opera superordenadores para simulaciones astronómicas. El sistema Cray XC30 llamado “Aterui”, instalado en el campus  Mizusawa de NAOJ en Abril de 2013 y actualizado en Septiembre del 2014, es la cuarta generación de  superordenadores del Observatorio Astronómico Nacional de Japón ( NAOJ) para la simulación numérica. Con el rendimiento máximo teórico de 1058 Tflops (1.058 PFLOPS), Aterui es el superordenador más rápido del mundo dedicado a la simulación astronómica. Las simulaciones numéricas en Astronomía son consideradas como el tercer enfoque para la investigación astronómica, junto a la Astronomía Observacional y Teórica. El Prof. Eiichiro Kokubo, Director del proyecto CFCA dice: “Las supercomputadoras  para investigaciones astronómicas se pueden llamar ‘telescopios para Astronomía Teórica’ porque ilustran fenómenos astrofísicos que los telescopios no pueden ver. Crédito: NAOJ-CFCA. Más información.
Sus resultados muestran que la densidad de las partículas de los anillos debe ser inferior a la mitad de la densidad del propio Cariclo. Sus resultados también mostraron que un patrón de rayas, conocido como “estelas de auto-gravedad ,” se forman en el anillo interior debido a las interacciones entre las partículas (Figura 2). Estos “estelas de auto  gravedad”  aceleran la ruptura del anillo. El equipo vuelve a calcular la vida  esperada de los anillos de Cariclo en función de sus resultados y se encontró que es sólo de 1 a 100 años, mucho más cortas que las estimaciones previas. Con una esperanza de  vida tan corta, es sorprendente que el anillo esté todavía allí.

Figura 2: Simulación de sistema de anillos de Chariklo. Utilizando una densidad de partículas igual a la mitad de la densidad de Cariclo, la estructura general puede ser mantenida. En la vista de primer plano, son visibles estructuras alargadas (derecha) complicadas . Estas estructuras se denominan “estelas de autogravedad” . Los números a lo largo de los ejes indican las distancias en km. (Crédito: Shugo Michikoshi (Universidad de Mujeres, Kyoto  / Universidad de Tsukuba)) . Descargar: archivo PNG (991 KB).
El equipo de investigación sugiere dos posibilidades para explicar la existencia continuada del anillo. “Una posibilidad es que las partículas del anillo sean pequeñas. Si el tamaño de las partículas de los anillos es de sólo unos milímetros, los anillos se pueden mantener durante 10 millones de años. Otra posibilidad es la existencia de un satélite pastor aún sin descubrir lo que ralentiza la disolución de los anillos “. Explica el profesor Kokubo.
El Dr. Michikoshi añade: “La interacción entre los anillos y un satélite es también un proceso importante en los anillos de Saturno. Para entender mejor el efecto de un satélite en la estructura de anillo, tenemos la intención de construir un nuevo modelo para la formación de los anillos de Cariclo “.

En la imagen, de izquierda a derecha, Pandora y Prometeo, dos de las lunas pastoras de Saturno, mantienen el anillo F del planeta bajo control. Ver también aquí . Las estructuras en el disco alrededor de Cariclo sugieren que el sistema es bastante complejo. Una hipótesis es que sus anillos son mantenidos por un sistema de lunas pastoras, sin embargo, aún no se han detectado. Ver: APOD. Crédito de la imagen: NASA / JPL.
Los sistemas de anillos, tales como los anillos icónicos alrededor de Saturno y Urano, se componen de partículas que varían de centímetros a metros en tamaño. Hasta ahora, la dificultad de calcular las trayectorias y las interacciones mutuas de todas estas partículas habían frustrado los intentos de estudiar los anillos a través de simulaciones por ordenador. Los investigadores anteriores han simulado o bien sólo una porción de un sistema de anillos haciendo caso omiso de la estructura general, o  utilizaron el escenario poco realista de partículas grandes e ignoraron las estructuras detalladas.
En el 2014, dos anillos separados por un espacio se descubrieron alrededor de Cariclo, el mayor de los Centauros conocidos. Los Centauros son pequeños cuerpos que vagan entre Júpiter y Neptuno. Aunque Cariclo es sólo de unos cientos de kilómetros de tamaño, sus anillos son tan opacos como los de Saturno y Urano. Por lo tanto Cariclo ofreció una oportunidad ideal para modelar un sistema de anillos completo.
Estos resultados fueron publicados como “Simulando Cariclo, el   mundo más pequeño con anillos” en la edición de Marzo de 2017 en  “The Astrophysical Journal Letters.”
Fuente: NAOJ-CFAC.     Artículo original: “New Insights into Chariklo’s Ring System“.
Material relacionado:
Sobre los Centauros:
 Sobre los efectos de las lunas pastoras en los anillos:

Los comentarios están cerrados.