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De la misma manera que los terremotos hacen retumbar nuestro planeta, las oscilaciones en el interior de Saturno hacen que el gigante gaseoso se mueva ligeramente. Estos movimientos, a su vez, provocan ondulaciones en los anillos de Saturno.
En un nuevo estudio aceptado en la revista Nature Astronomy, dos astrónomos de Caltech han analizado esas ondulaciones de los anillos para revelar nueva información sobre el núcleo de Saturno. Para su estudio, utilizaron datos más antiguos capturados por la Cassini de la NASA, una nave espacial que orbitó el gigante anillado durante 13 años antes de sumergirse en la atmósfera del planeta y desintegrarse en 2017.
Los resultados sugieren que el núcleo del planeta no es una bola dura de roca, como habían propuesto algunas teorías anteriores, sino una sopa difusa de hielo, roca y fluidos metálicos, o lo que los científicos denominan un núcleo "difuso". El análisis también revela que el núcleo se extiende a lo largo del 60 por ciento del diámetro del planeta, lo que lo hace sustancialmente más grande de lo estimado anteriormente.
"Utilizamos los anillos de Saturno como un sismógrafo gigante para medir las oscilaciones en el interior del planeta", dice el coautor Jim Fuller, profesor asistente de astrofísica teórica en Caltech. "Es la primera vez que hemos podido sondear sísmicamente la estructura de un planeta gigante gaseoso, y los resultados fueron bastante sorprendentes".
"El análisis detallado de los anillos ondulantes de Saturno es una forma muy elegante de sismología para inferir las características del núcleo de Saturno", dice Jennifer Jackson, profesora de Física Mineral William E. Leonhard en el Laboratorio Sismológico del Caltech, que no participó en el estudio pero que utiliza diferentes tipos de observaciones sísmicas para entender la composición del núcleo de la Tierra y para detectar potencialmente eventos sísmicos en Venus en el futuro.
El autor principal del estudio es Christopher Mankovich, investigador postdoctoral asociado en ciencias planetarias que trabaja en el grupo de Fuller.
Los hallazgos ofrecen la mejor evidencia hasta el momento del núcleo difuso de Saturno y se alinean con las pruebas recientes de la misión Juno de la NASA, que indican que el gigante gaseoso Júpiter también puede tener un núcleo similarmente diluido.
"Los núcleos difusos son como un lodo", explica Mankovich. "El hidrógeno y el helio gaseosos del planeta se mezclan gradualmente con más y más hielo y roca a medida que se avanza hacia el centro del planeta. Es un poco como las partes de los océanos de la Tierra, donde la salinidad aumenta a medida que se llega a niveles más y más profundos, creando una configuración estable."
La idea de que las oscilaciones de Saturno podrían provocar ondas en sus anillos y que, por lo tanto, estos podrían utilizarse como sismógrafos para estudiar el interior de Saturno surgió por primera vez en los estudios realizados a principios de la década de 1990 por Mark Marley (BS '84) y Carolyn Porco (Ph.D. '83), que más tarde se convirtió en el líder del Equipo de Imágenes de Cassini. La primera observación del fenómeno fue realizada por Matt Hedman y P.D. Nicholson (Ph.D. '79) en 2013, quienes analizaron los datos tomados por Cassini. Los astrónomos descubrieron que el anillo C de Saturno contenía múltiples patrones espirales impulsados por las fluctuaciones del campo gravitatorio de Saturno y que estos patrones eran distintos de otras ondas en los anillos causadas por las interacciones gravitatorias con las lunas del planeta.
Ahora, Mankovich y Fuller han analizado el patrón de las ondas en los anillos para construir nuevos modelos del interior de Saturno.
"Saturno siempre está temblando, pero es sutil", dice Mankovich. "La superficie del planeta se mueve aproximadamente un metro cada una o dos horas, como un lago que ondea lentamente. Como un sismógrafo, los anillos captan las perturbaciones gravitatorias y las partículas de los anillos comienzan a agitarse", afirma.
Los investigadores afirman que las ondulaciones gravitacionales observadas indican que el interior profundo de Saturno, aunque se agita en su conjunto, está compuesto por capas estables que se formaron después de que los materiales más pesados se hundieran hasta la mitad del planeta y dejaran de mezclarse con los materiales más ligeros que se encuentran por encima.
"Para que el campo gravitatorio del planeta oscile con estas frecuencias particulares, el interior debe ser estable, y eso sólo es posible si la fracción de hielo y roca aumenta gradualmente a medida que se avanza hacia el centro del planeta", dice Fuller.
Sus resultados también indican que el núcleo de Saturno es 55 veces más masivo que el de la Tierra, siendo 17 masas terrestres de hielo y roca y el resto un fluido de hidrógeno y helio.
Hedman, que no forma parte del estudio actual, afirma: "Christopher y Jim pudieron demostrar que una característica particular del anillo proporcionaba pruebas sólidas de que el núcleo de Saturno es extremadamente difuso. Me entusiasma pensar en lo que todos los demás rasgos de los anillos generados por Saturno podrían decirnos sobre ese planeta."
Además, los hallazgos plantean desafíos a los modelos actuales de formación de gigantes gaseosos, que sostienen que los núcleos rocosos se forman primero y luego atraen grandes envolturas de gas. Si los núcleos de los planetas son realmente difusos, como indica el estudio, los planetas podrían, en cambio, incorporar gas en una fase anterior del proceso.
Fuentes, créditos y referencias:
Imágen: crédito Caltech/R. Hurt (IPAC)
Video: Caltech
Mankovich, C.R et al, A diffuse core in Saturn revealed by ring seismology. Nat Astron (2021). doi.org/10.1038/s41550-021-01448-3