Las lunas 'ravioli' de Saturno, resultado de fusiones por colisión

La forma de ravioli que presentan las pequeñas lunas interiores de Saturno son el resultado natural de la fusión de colisiones entre pequeñas lunas de tamaño similar.

Así lo demuestran las primeras simulaciones por ordenador relativas a cómo se formaron estas lunas, realizada por investigadores de la Universidad de Berna.

Cuando Martin Rubin, astrofísico de la Universidad de Berna, vio las imágenes de las lunas Pan y Atlas de Saturno en Internet, se quedó perplejo. Los primeros planos tomados por la nave espacial Cassini en abril de 2017 mostraron objetos que la NASA describió en su comunicado de prensa como platillos voladores con diámetros de unos 30 kilómetros. Con sus grandes crestas y centros bulbosos, Pan y Atlas también se parecían a raviolis gigantes.

Martin Rubin se preguntó cómo se habrían formado estos objetos peculiares y le preguntó a su colega Martin Jutzi si podrían ser el resultado de colisiones, similar al que formó el cometa Chury como Jutzi había demostrado anteriormente con simulaciones por computadora.

Martin Jutzi y Adrien Leleu, ambos miembros del NCCR PlanetS, tomaron el desafío de calcular el proceso de formación de las pequeñas lunas interiores de Saturno. Las primeras pruebas simples funcionaron bien. "Pero luego, tomamos las fuerzas de las mareas en consideración y los problemas se acumularon", recuerda Adrien Leleu. "Las condiciones cercanas a Saturno son muy especiales", confirma Martin Jutzi en un comunicado.

Como Saturno tiene 95 veces más masa que la Tierra y las lunas internas orbitan alrededor del planeta a una distancia de menos de la mitad de la distancia entre la Tierra y la Luna, las mareas son enormes y separan casi todo. Por lo tanto, las lunas interiores de Saturno no podrían haberse formado con estas formas peculiares mediante la acumulación gradual de material alrededor de un solo núcleo. Un modelo alternativo llamado régimen piramidal sugiere que estas lunas estaban formadas por una serie de fusiones de pequeñas lunas de tamaño similar.

Habiendo resuelto sus problemas iniciales, los investigadores pudieron verificar el régimen piramidal, pero aún más: demostraron que las colisiones de los moonlets daban como resultado exactamente las formas representadas por la Cassini. Cerca de las fusiones directas se producen objetos aplanados con grandes crestas ecuatoriales, como se observa en Atlas y Pan. Con ángulos de impacto un poco más oblicuos, las colisiones dieron lugar a formas alargadas que se asemejaban mucho a Prometheus, la luna de 90 kilómetros de longitud, fotografiada por Cassini.

Con base en la órbita actual de las lunas y su entorno orbital, los investigadores pudieron estimar que las velocidades de impacto fueron del orden de unos 10 m/s. Simulando colisiones en este rango para varios ángulos de impacto, obtuvieron varias formas estables similares a los raviolis, pero solo para ángulos de bajo impacto. "Si el ángulo de impacto es más grande que diez grados, las formas resultantes ya no son estables", dice Adrien Leleu. Cualquier objeto en forma de pato como el cometa Chury se derrumbaría debido a las mareas de Saturno. "Es por eso que las lunas pequeñas de Saturno se ven muy diferentes a los cometas que a menudo tienen formas bilobuladas", explica Martin Jutzi.

Curiosamente, las colisiones frontales no son tan raras como uno podría pensar. Se cree que las pequeñas lunas internas se originan a partir de los anillos de Saturno, un disco delgado ubicado en el plano ecuatorial del planeta. Debido a que Saturno no es una esfera perfecta sino oblata, hace que sea difícil para cualquier objeto abandonar este plano estrecho. Por lo tanto, las colisiones frontales son frecuentes y el ángulo de impacto tiende a reducirse aún más en los encuentros posteriores. "Una fracción significativa de esas colisiones de fusión tienen lugar en el primer encuentro o después de 1-2 eventos de golpe y fuga", resumieron los autores en su artículo publicado en Nature Astronomy. "En este sentido, Saturno es casi un sistema de juguete para estudiar estos procesos", dice Martin Rubin.

Aunque los investigadores se centraron principalmente en las pequeñas lunas interiores de Saturno, también encontraron una posible explicación para un misterio sobre la tercera luna más grande de Saturno llamada Japeto. ¿Por qué Japeto tiene una forma oblata y una cresta ecuatorial distintiva? "Nuestros resultados de modelado sugieren que estas características pueden ser el resultado de una fusión de lunas de tamaño similar que tienen lugar con un ángulo de impacto cercano al de entrada, similar a las lunas más pequeñas", resumieron los investigadores.