Hasta hace poco más de una década se pensaba que los sistemas de anillos eran exclusivos de los grandes planetas del Sistema Solar, como Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Pero en 2013 apareció una excepción sorprendente: Chariklo, un pequeño cuerpo de apenas 250 kilómetros de diámetro situado a casi 17 veces la distancia entre la Tierra y el Sol.
Chariklo orbita entre Saturno y Urano y, alrededor de este pequeño cuerpo, los astrónomos descubrieron dos densos anillos. Ahora, un nuevo estudio liderado por el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) demuestra que esas estructuras no son tan estables como se pensaba: sus características han cambiado en una escala de tiempo de apenas unos años.
La investigación, publicada en Science Advances, utiliza observaciones realizadas con el telescopio espacial James Webb (JWST) durante una ocultación estelar. Los resultados muestran cambios opuestos en los dos anillos: mientras el anillo interior se ha vuelto significativamente más opaco, el exterior ha perdido opacidad.
“La comparación de las observaciones del JWST con las obtenidas durante otras ocultaciones estelares a lo largo de la última década nos ha permitido descubrir cambios opuestos en los dos anillos: mientras el anillo interior muestra una opacidad significativamente mayor, el exterior presenta una opacidad menor”, explica Pablo Santos-Sanz, investigador del IAA-CSIC y líder del estudio.
El resultado indica que el sistema de anillos de Chariklo es dinámico y puede estar sometido a procesos físicos mucho más complejos de lo que se pensaba.
Los anillos de Chariklo cambian en pocos años
El hallazgo resulta especialmente llamativo porque hasta ahora los anillos que rodean a pequeños cuerpos del Sistema Solar se consideraban estructuras relativamente estables.
Las observaciones de Chariklo cuestionan esta idea. El hecho de que los dos anillos hayan experimentado cambios en direcciones opuestas durante un periodo de apenas una década apunta a que en su interior están ocurriendo procesos que todavía no se comprenden completamente.
Los investigadores todavía no pueden determinar cuál es el origen exacto de estos cambios. Podrían deberse a una evolución real de los anillos, a diferencias relacionadas con los filtros utilizados en las distintas observaciones o a una combinación de ambos efectos.
En cualquier caso, el descubrimiento abre una nueva vía para estudiar cómo se comportan estas estructuras y cómo pueden formarse, evolucionar y mantenerse estables.
“Nuestros resultados obligan a replantearse cómo se forman, cómo evolucionan y qué mecanismos mantienen su estabilidad. La posibilidad de detectar estos cambios abre una nueva ventana para comprender la evolución de estos sistemas y, posiblemente, la de otros sistemas de anillos del Sistema Solar”, señala Santos-Sanz.
El James Webb observa los anillos de un cuerpo que no puede fotografiar
El estudio tiene además un importante componente tecnológico. La observación realizada el 18 de octubre de 2022 fue la primera ocultación estelar predicha y planificada específicamente para ser observada con el telescopio espacial James Webb y ejecutada con éxito desde este observatorio.
Para conseguirlo fue necesario calcular con enorme precisión la posición y el movimiento de todos los elementos implicados: Chariklo, la estrella utilizada como referencia y el propio James Webb.
La posición de la estrella pudo determinarse gracias a la misión Gaia de la Agencia Espacial Europea (ESA), mientras que los investigadores tuvieron que tener en cuenta también la trayectoria del JWST alrededor del punto de Lagrange L2, situado a unos 1,5 millones de kilómetros de la Tierra en dirección opuesta al Sol.
“El JWST orbita alrededor de esta región siguiendo una trayectoria que debe corregirse periódicamente mediante maniobras de mantenimiento”, apunta Yücel Kilic, investigador posdoctoral del IAA-CSIC y coautor del estudio.
La precisión necesaria fue especialmente elevada porque, durante la ocultación, Chariklo se desplazaba respecto al James Webb a tan solo 2,5 kilómetros por segundo.
Esta velocidad relativa excepcionalmente baja permitió obtener una resolución espacial sin precedentes para estudiar la estructura de sus anillos.
Una ocultación estelar permite ver lo que el telescopio no puede fotografiar
Los anillos de Chariklo son tan estrechos y el cuerpo se encuentra tan lejos que no pueden fotografiarse directamente, ni siquiera con el James Webb o con los mayores telescopios terrestres.
Aquí entra en juego la técnica de la ocultación estelar.
El procedimiento consiste en observar una estrella mientras Chariklo pasa por delante de ella. Al hacerlo, el cuerpo y sus anillos bloquean durante unos instantes parte de la luz de la estrella. Midiendo con precisión esas pequeñas disminuciones de brillo, los astrónomos pueden reconstruir información sobre la estructura y las características de los anillos.
Es, en cierto modo, una manera de estudiar algo que no se puede ver directamente a través de la sombra que proyecta sobre la luz de una estrella.
En el caso de Chariklo, esta técnica ha permitido comparar las observaciones del James Webb con las obtenidas durante otras ocultaciones estelares realizadas a lo largo de la última década y detectar así los cambios en los dos anillos.
Chariklo puede cambiar nuestra visión de los sistemas de anillos
El descubrimiento no solo aporta nueva información sobre Chariklo. También plantea preguntas sobre otros sistemas de anillos del Sistema Solar.
Hasta ahora, la relativa estabilidad de estas estructuras había sido una de las ideas utilizadas para comprender su evolución. Si Chariklo demuestra que pueden experimentar cambios apreciables en periodos de tiempo tan cortos, los modelos sobre su formación y estabilidad podrían necesitar una revisión.
El origen físico de los cambios detectados continúa siendo una cuestión abierta. Será necesario realizar nuevas observaciones para determinar si se trata de una evolución temporal de los anillos, de un efecto asociado a las diferentes condiciones de observación o de ambos fenómenos.
