Scoperte le origini distinte dei due anelli esterni di Urano

I ricercatori costruiscono il primo spettro completo degli anelli μ e ν, rivelando la composizione e la storia della formazione.

 

 

 

Gli astronomi che utilizzano l’Osservatorio W. M. Keck a Maunakea, Isola delle Hawaii, stanno rivelando nuove intuizioni sulla composizione e sulle origini dei due anelli esterni di Urano.

Utilizzando dati dell’Archivio dell’Osservatorio Keck (KOA), combinati con osservazioni effettuate con il Telescopio Spaziale Hubble (HST) e il James Webb Space Telescope (JWST), i ricercatori costruirono il primo spettro completo di riflettanza (luce solare riflessa dagli anelli) degli anelli μ e ν, confermandone i colori e scoprendo la loro composizione dettagliata.

Questi anelli sono particolari perché sono estremamente deboli e orbitano all’interno del sistema affollato di 14 lune interne del pianeta.

“Decodificando la luce di questi anelli, possiamo tracciare sia la loro distribuzione delle dimensioni che la composizione delle particelle, il che fa luce sulle loro origini, offrendo nuove intuizioni su come il sistema uraniano e pianeti simili si siano formati ed evoluti”, ha detto Imke de Pater, professore all’Università della California, Berkeley, e autore principale dello studio.

I risultati indicano due storie di origine molto diverse.

Lo studio, guidato dall’Università della California, Berkeley, è pubblicato sul Journal of Geophysical Research: Planets.

Due storie di formazione molto diverse

Sebbene orbitino attorno allo stesso pianeta, gli anelli μ e ν di Urano sono fondamentalmente diversi.

Osservazioni precedenti con l’Osservatorio Keck combinato e HST hanno mostrato che l’anello μ appariva blu, una firma di particelle estremamente piccole, mentre la tonalità rossastra dell’anello ν indica un anello polveroso più tipico. Perché gli anelli fossero così diversi rimaneva comunque un mistero.

Quando il JWST è stato attivo e ha osservato Urano, il team di ricerca ha utilizzato tutti i suoi dati, rilevati a diverse lunghezze d’onda infrarosse, in combinazione con le osservazioni dell’Osservatorio Keck e dell’HST per costruire uno spettro completo dal visibile all’infrarosso.

Analizzando come la luce solare si riflette sugli anelli, il team ha identificato una forte caratteristica di assorbimento vicino a una lunghezza d’onda di 3 micron (3 milionesimi di metro) visibile nell’infrarosso per entrambi gli anelli.

Oltre a questa caratteristica condivisa, le differenze diventano evidenti simulando gli spettri dettagliati: l’anello μ corrisponde strettamente alla firma spettrale del ghiaccio d’acqua, mentre l’anello ν è chiaramente composto da materiale roccioso, mescolato con circa il 10–15% di composti organici ricchi di carbonio comunemente presenti nel sistema solare esterno.

L’anello μ sembra essere composto da minuscoli granelli ghiacciati strappati via dalla piccola luna del pianeta (grande 12 km), Mab, da impatti di micrometeoriti.

Curiosamente, la composizione ghiacciata dell’anello μ conferma anche che la luna Mab è composta principalmente da ghiaccio d’acqua.

“Al contrario, il materiale dell’anello ν proviene dagli impatti di micrometeoriti e dalle collisioni tra corpi rocciosi invisibili ricchi di materiali organici, che devono orbitare tra alcune delle lune conosciute,” ha detto de Pater. “Una domanda interessante è perché i corpi genitori che forniscono questi anelli siano così diversi nella composizione.”

Un sistema ad anelli rivelato nel tempo

Gli anelli di Urano furono scoperti per la prima volta nel 1977, quando gli astronomi osservarono una stella oscurarsi più volte mentre il pianeta passava davanti a lei, indicando un sistema di anelli circostante.

All’epoca, solo Saturno era noto per avere anelli, rendendo Urano il secondo pianeta con anelli conosciuto nel nostro sistema solare.

A differenza degli anelli luminosi e facilmente visibili di Saturno, quelli di Urano sono deboli e stretti, rendendoli molto più difficili da studiare.

Nel corso dei decenni, ulteriori anelli sono stati identificati tramite la sonda Voyager 2 della NASA e le osservazioni HST, rivelando gradualmente un sistema più complesso.

L’Osservatorio Keck, insieme all’HST, ha avuto un ruolo chiave nella nostra comprensione del sistema uraniano.

Le osservazioni dell’HST nel 2003-2005 portarono alla scoperta degli anelli μ e ν e l’Osservatorio Keck contribuì a caratterizzarli, fornendo inclusa la prima prova che l’anello μ è blu, mentre l’anello ν appare rosso.

Queste differenze di colore suggerivano variazioni fondamentali nella dimensione e composizione delle particelle, ma i dati disponibili erano limitati.

L’unico altro anello blu nel nostro Sistema Solare è l’anello E di Saturno. Questo anello è prodotto tramite attività di geyser sulla luna Encelado, che orbita attorno a Saturno nell’anello E, e i geyser sputano minuscoli granelli ghiacciati. Mab, invece, sembra troppo piccolo per essere attivo vulcanicamente.

Una svolta importante arrivò nel 2007, quando la Terra attraversò il piano degli anelli di Urano e anelli deboli e polverosi divennero molto più luminosi, permettendo a de Pater e al suo team di osservarli di spicco.

Utilizzando lo strumento NIRC2 sul telescopio Keck II, il team ha catturato rare osservazioni nel prossimo infrarosso dell’anello μ, fornendo alcune delle prime viste dettagliate di questa struttura debole a queste lunghezze d’onda.

Per basarsi sulle osservazioni dell’Osservatorio Keck e dell’HST, il team le ha combinate con misurazioni del JWST. La combinazione di dati ha permesso agli scienziati di costruire per la prima volta uno spettro completo degli anelli μ e ν, rivelando le dimensioni e la composizione delle particelle.

I nuovi risultati sugli anelli μ e ν sollevano una domanda interessante: perché Mab, la fonte dell’anello μ, è così diverso dalle altre lune interne più rocciose di Urano?

“Sospetto che avremo bisogno di immagini ravvicinate di una futura missione spaziale su Urano per rispondere a questa domanda”, ha detto Mark Showalter, coautore e ricercatore senior presso il SETI Institute.

Nel frattempo, il monitoraggio continuo del sistema da parte dell’Osservatorio Keck, dell’HST e del JWST può svolgere un ruolo cruciale.

“Vediamo indizi che la luminosità dell’anello μ cambi nel tempo, e cosa possa causare tali cambiamenti resta ancora un mistero”, ha aggiunto Matt Hedman, coautore e professore all’Università dell’Idaho.