Oscilaciones en el interior de Saturno hacen que el gigante gaseoso se mueva ligeramente. Esos movimientos, a su vez, provocan ondas en los anillos de Saturno.
En un nuevo estudio aceptado en la revista Nature Astronomy, dos astrónomos de Caltech han analizado esos anillos ondulantes para revelar nueva información sobre el núcleo de Saturno. Para su estudio, utilizaron datos capturados por la misión Cassini de la NASA, una nave espacial que orbitó al gigante anillado durante 13 años antes de que se sumergiera en la atmósfera del planeta y se desintegre en 2017.
Los hallazgos sugieren que el núcleo del planeta no es una bola de roca dura, como habían propuesto algunas teorías anteriores, sino una sopa difusa de hielo, roca y fluidos metálicos, o lo que los científicos denominan 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.
«Usamos los anillos de Saturno como un sismógrafo gigante para medir las oscilaciones dentro del planeta», dice en un comunicado el coautor Jim Fuller, profesor asistente de astrofísica teórica en Caltech. «Esta 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 en un comunicado Jennifer Jackson, profesora de Física Mineral en el Laboratorio Sismológico de Caltech, que no participó en el estudio, pero utiliza diferentes tipos de observaciones sísmicas para comprender 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, un investigador asociado postdoctoral 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 la evidencia reciente de la misión Juno de la NASA, que indica que el gigante gaseoso Júpiter también puede tener un núcleo diluido de manera similar.
«Los núcleos borrosos son como un lodo», explica Mankovich. «El hidrógeno y el helio del planeta se mezclan gradualmente con más y más hielo y rocas a medida que avanza hacia el centro del planeta. Es un poco como partes de los océanos de la Tierra donde la salinidad aumenta a medida que se llega a niveles cada vez más profundos, creando un establo configuración».
La idea de que las oscilaciones de Saturno podrían generar ondas en sus anillos y que, por lo tanto, los anillos podrían usarse como un sismógrafo para estudiar el interior de Saturno, surgió por primera vez en estudios a principios de la década de 1990 realizados por Mark Marley y Carolyn Porco, quien 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 en 2013, quien analizó datos tomados por Cassini. Los astrónomos encontraron que el anillo C de Saturno contenía múltiples patrones espirales impulsados por fluctuaciones en el campo gravitacional de Saturno y que estos patrones eran distintos de otras ondas en los anillos causadas por interacciones gravitacionales con las lunas del planeta.
Ahora, Mankovich y Fuller han analizado el patrón de ondas en los anillos para construir nuevos modelos del interior chapoteando de Saturno.
«Saturno siempre está temblando, pero es sutil», dice Mankovich. «La superficie del planeta se mueve alrededor de un metro cada una o dos horas como un lago que se ondula lentamente. Como un sismógrafo, los anillos captan las perturbaciones de la gravedad y las partículas del anillo comienzan a moverse», dice.
Los investigadores dicen que las ondas gravitacionales observadas indican que el interior profundo de Saturno, mientras se agita como un todo, está compuesto de capas estables que se formaron después de que los materiales más pesados se hundieron en el medio del planeta y dejaron de mezclarse con materiales más livianos por encima de ellos.
«Para que el campo gravitacional del planeta oscile con estas frecuencias particulares, el interior debe ser estable, y eso solo es posible si la fracción de hielo y roca aumenta gradualmente a medida que avanza hacia el centro del planeta», dice Fuller.
Sus resultados también indican que el núcleo de Saturno es 55 veces más masivo que la Tierra entera, siendo 17 masas terrestres hielo y roca y el resto un fluido de hidrógeno y helio.
Hedman, que no forma parte del estudio actual, dice: «Christopher y Jim pudieron demostrar que una característica del anillo en particular proporcionó una fuerte evidencia de que el núcleo de Saturno es extremadamente difuso. Estoy emocionado de pensar en todas las otras características del anillo generadas por Saturno podría contarnos sobre ese planeta».
Además, los hallazgos plantean desafíos para 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 borrosos, como indica el estudio, los planetas podrían incorporar gas antes en el proceso.
