Colisão massiva entre luas geladas na época dos dinossauros?

SaturnoOs anéis da Lua provavelmente foram formados por uma colisão entre duas luas geladas há milhões de anos, de acordo com gigantescas simulações de computador conduzidas por… NASA. Esta descoberta fornece novos insights sobre o sistema de Saturno e levanta questões sobre a possível vida nas suas luas.

Numa noite clara, com um bom telescópio amador, Saturno e a sua magnífica série de anéis podem ser vistos da superfície da Terra. Mas como surgiram esses episódios? E o que nos pode dizer sobre Saturno e as suas luas, um dos potenciais locais onde a NASA espera procurar vida? Uma nova série de gigantescas simulações de computador forneceu uma resposta ao mistério das origens dos anéis, que envolvem uma colisão massiva, quando os dinossauros ainda vagavam pela Terra.

De acordo com nova pesquisa publicada em 27 de setembro o Jornal Astrofísico De acordo com a NASA e os seus parceiros, os anéis de Saturno podem ter evoluído a partir dos destroços de duas luas geladas que colidiram e se despedaçaram há algumas centenas de milhões de anos. Também é possível que os detritos que não foram parar nos anéis tenham contribuído para a formação de algumas das atuais luas de Saturno.

“Ainda não sabemos muito sobre o sistema de Saturno, incluindo as suas luas que acolhem ambientes que podem ser adequados para a vida”, disse Jacob Kegeris, cientista investigador do Centro de Investigação Ames da NASA, em Silicon Valley, Califórnia. “Portanto, é emocionante usar grandes simulações como esta para explorar em detalhes como elas evoluem.”

Novas simulações da NASA e da Universidade de Durham apresentaram uma teoria sobre a origem dos anéis de Saturno e das luas geladas, que podem ter se formado após uma colisão massiva entre duas luas que orbitam o gigante gasoso. As simulações utilizadas nesta pesquisa estão entre as mais detalhadas do gênero para estudar a formação dos anéis de Saturno e das luas geladas potencialmente habitáveis. Crédito da imagem: NASA/Jacob Kegeris/Luis Teodoro

Simulações de alta resolução e novos insights

A missão Cassini da NASA ajudou os cientistas a compreender quão astronomicamente jovens são os anéis de Saturno e talvez algumas de suas luas. Esse conhecimento abriu novas questões sobre como eles são formados.

Para saber mais, a equipe de pesquisa acessou o site de pesquisa distribuída da Universidade de Durham usando as instalações de supercomputação Advanced Computing (DiRAC) no Reino Unido. Eles modelaram como seriam as diferentes colisões entre luas anteriores. Estas simulações foram realizadas com uma resolução 100 vezes superior à dos estudos anteriores, utilizando o código de simulação de código aberto, SWIFT, dando aos cientistas a melhor visão sobre a história do sistema de Saturno.

Hoje, os anéis de Saturno vivem perto do planeta, dentro do que é conhecido como limite de Roche – a órbita mais distante onde a atração gravitacional do planeta é forte o suficiente para quebrar objetos maiores do que rocha ou gelo que se aproximam dele. O material em órbitas mais distantes pode se aglomerar para formar luas.

Uma representação artística da Cassini da NASA durante o “Grand Finale” de 2017, no qual a espaçonave mergulhou entre Saturno e seus anéis várias vezes antes de colidir intencionalmente com a atmosfera do planeta. Fonte da imagem: NASA/JPL-Caltech

O papel do gelo e da dinâmica de colisão

Ao simular quase 200 versões diferentes da colisão, a equipa descobriu que uma vasta gama de cenários de colisão poderia espalhar a quantidade certa de gelo até ao limite de Roche de Saturno, onde poderia formar anéis.

Embora explicações alternativas não tenham sido capazes de explicar por que quase não há rocha nos anéis de Saturno – eles são feitos quase inteiramente de pedaços de gelo – este tipo de impacto poderia explicar isso.

“Este cenário leva naturalmente a anéis ricos em gelo”, disse Vincent Ecke, professor associado do Departamento de Física/Instituto de Cosmologia Computacional da Universidade de Durham e co-autor do artigo. “Quando as luas geladas ancestrais colidem umas com as outras, as rochas nos núcleos dos objetos em colisão ficam menos dispersas do que o gelo sobrejacente.”

Também é possível que detritos gelados e rochosos tenham atingido outras luas do sistema, causando potencialmente uma cascata de colisões. Tal efeito cascata teria perturbado quaisquer outras luas passadas fora dos anéis, a partir das quais as luas atuais poderiam ter se formado.

Uma imagem estática de uma simulação de computador de uma colisão entre duas luas geladas orbitando Saturno. A colisão ejeta detritos que podem se desenvolver nos anéis distintos e notavelmente jovens do planeta. A simulação utilizou mais de 30 milhões de partículas, coloridas de acordo com seu material gelado ou rochoso, e foi executada usando código de simulação SWIFT de código aberto. Crédito da imagem: NASA/Durham University/Universidade de Glasgow/Jacob Kegeris/Luis Teodoro

Efeitos da gravidade e investigações futuras

Mas o que poderia ter desencadeado esses eventos em primeiro lugar? É possível que duas das antigas luas de Saturno tenham sido forçadas a colidir pelos efeitos geralmente pequenos da gravidade “crescente” do Sol para desestabilizar as suas órbitas ao redor do planeta. Na configuração correta das órbitas, o arrasto adicional do Sol pode ter um efeito de bola de neve – “toque” – que alonga e inclina as órbitas das luas normalmente circulares e planas até que as suas trajetórias se cruzem, resultando numa colisão de alta velocidade.

Hoje, a lua de Saturno, Rhea, orbita atrás do local onde a Lua pode experimentar esta ressonância. Tal como a lua da Terra, as luas de Saturno migram para fora do planeta ao longo do tempo. Se Raya fosse velha, teria superado o eco do passado recente. No entanto, a órbita de Rhea é muito circular e plana. Isto sugere que não foram submetidos a efeitos de ressonância desestabilizadores e, em vez disso, formaram-se recentemente.

A nova investigação é consistente com as evidências de que os anéis de Saturno se formaram recentemente, mas permanecem grandes questões em aberto. Se pelo menos algumas das luas geladas de Saturno são jovens, o que isso significa para a possibilidade de vida nos oceanos abaixo da superfície de mundos como Encélado? Conseguiremos descobrir a história completa desde o sistema original do planeta, antes do impacto, até aos dias de hoje? Pesquisas futuras baseadas neste trabalho nos ajudarão a aprender mais sobre este planeta fascinante e os mundos gelados que o orbitam.

Referência: “A origem do impacto moderno dos anéis de Saturno e das luas de tamanho médio” por L. F. A. Teodoro, J. A. Kegerreis, P. R. Estrada e M. Ćuk, VR Eke, JN Cuzzi, RJ Massey e TD Sandnes, 27 de setembro de 2023, Jornal Astrofísico.
doi: 10.3847/1538-4357/acf4ed