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La caratteristica più iconica del pianeta Saturno, il suo sistema di anelli, potrebbe essersi formato a partire dalla distruzione di uno dei suoi satelliti naturali, ribattezzato dagli astronomi col nome di Chrysalis. Sebbene questa ipotesi circoli sin dal 2022, a gettare nuova luce sulla genesi degli iconici anelli è stato un recente articolo pubblicato dai ricercatori della Università della California Santa Cruz. In questo studio, i ricercatori hanno condotto avanzate simulazioni numeriche di interazione gravitazionale tra Saturno e Chrysalis, simulato come un corpo delle dimensioni e dalla composizione simile a Giapeto, un altro satellite di Saturno. Le simulazioni hanno mostrato come il passaggio ravvicinato di Chrysalis a Saturno sia in grado di generare forze di marea abbastanza intense da strappare letteralmente gli strati esterni del satellite, prevalentemente costituiti da ghiaccio, andando così a formare gli anelli del pianeta. Le simulazioni sarebbero anche in accordo con l'età degli anelli (circa 100-200 milioni di anni) e altre caratteristiche di Saturno come l'elevata obliquità e la risonanza orbitale con Nettuno.
L'ipotesi di Chrysalis come origine degli anelli
L'ipotesi che l'iconico sistema di anelli di Saturno sia il risultato della distruzione di un suo satellite fu proposta nel 2022 da Jack Wisdom, professore di planetologia all'MIT di Boston. L'ipotesi chiama in causa non solo Saturno, ma anche il suo satellite Titano e il vicino pianeta Nettuno. Secondo Wisdom, per miliardi di anni, Nettuno e Saturno sono stati in una risonanza orbitale che ha causato, tra i vari effetti, l'inclinazione dell'asse di rotazione di Saturno. Tuttavia, il movimento verso l'esterno della luna Titano ha destabilizzato il sistema Saturniano, portando un'altra delle sue lune, l'ipotizzata Chrysalis, ad avvicinarsi troppo al pianeta e a raggiungere la distanza a cui le forze mareali sono così intense da causare la distruzione di un corpo celeste. Ipotizzando che Chrysalis avesse la stessa dimensione e composizione di altri satelliti Saturniani, come Giapeto, il processo di disintegrazione avrebbe causato una nube di detriti di ghiaccio e rocce che sono poi diventati gli iconici anelli del pianeta. L'ipotesi ben si sposa con l'età stimata degli anelli di Saturno, circa 100-200 milioni di anni, e con la loro composizione prevalente di ghiaccio d'acqua.
Cosa aggiunge il nuovo studio
L'ipotesi proposta nel 2022 è rimasta per diversi anni una semplice teoria che mostrava caratteristiche compatibili con le osservazioni degli anelli saturniani. Non avendo sfortunatamente a disposizione una macchina del tempo per poter osservare l'evento in diretta, la nostra chance migliore di confermare questa teoria è di condurre accurate simulazioni numeriche atte a riprodurre il processo di formazione degli anelli.
Il team guidato da Yifei Jiao ha utilizzato un particolare tipo di simulazioni numeriche, chiamate idrodinamiche, per cercare di confermare o confutare la teoria. Nelle sue simulazioni, Jiao ha utilizzato due diverse condizioni iniziali, una in cui Chrysalis è di composizione simile a Giapeto e una in cui la sua composizione è simile a Dione, un altro satellite di Saturno. In entrambi i casi, la simulazione è iniziata con Chrysalis su di un'orbita parabolica ad una distanza di 200 volte il raggio di Saturno. Nella simulazione, il satellite ha raggiunto una distanza dal pianeta compresa tra 1 e 1,5 raggi Saturniani, che è il limite di distruzione di corpi ghiacciati in orbite paraboliche a causa delle forze di marea.
Le simulazioni hanno mostrato come le forze di marea siano abbastanza intense da rimuovere massa dal mantello ghiacciato, ma insufficienti a disgregare il nucleo roccioso del satellite. Il materiale ghiacciato rimosso si è diviso in due popolazioni: una parte ha guadagnato abbastanza energia da sfuggire alla gravità di Saturno, mentre l'altra ha perso energia orbitale migrando verso un'orbita a semi-asse minore che ha poi causato la formazione degli anelli. Il nucleo roccioso di Chrytsalis, invece, ha sperimentato solo una modesta modifica rispetto all'orbita iniziale, sollevando quindi la domanda su quale sia stato il destino ultimo del nucleo roccioso. Secondo i ricercatori, il nucleo di Chrysalis potrebbe aver subito molteplici incontri con Saturno, perdendo ulteriore ghiaccio e aumentando la sua densità complessiva. Il risultato finale potrebbe essere stato o l'impatto con Saturno o la fuga dal sistema planetario.
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