Gli astronomi che utilizzano l’Osservatorio W. M. Keck sul Mauna Kea, alle Hawaii, stanno rivelando nuove informazioni sulla composizione e le origini dei due anelli esterni di Urano. Utilizzando i dati del Keck Observatory Archive (KOA), combinati con le osservazioni effettuate dal Telescopio Spaziale Hubble (HST) e dal Telescopio Spaziale James Webb (JWST), i ricercatori hanno ricostruito il primo spettro di riflettanza completo (luce solare riflessa dagli anelli) degli anelli μ e ν, confermandone i colori e svelandone la composizione dettagliata. Questi anelli sono peculiari perché sono estremamente deboli e orbitano all’interno del fitto sistema di 14 lune interne del pianeta.
“Decodificando la luce proveniente da questi anelli, possiamo tracciare sia la loro distribuzione dimensionale delle particelle che la loro composizione, il che fa luce sulle loro origini, offrendo nuove prospettive su come il sistema uraniano e pianeti simili si sono formati ed evoluti”, ha affermato Imke de Pater, Professoressa all’Università della California, Berkeley, e autrice principale dello studio.
I risultati indicano due storie di formazione molto diverse. Lo studio, condotto dall’Università della California, Berkeley, è stato 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 il telescopio spaziale Keck e l’HST avevano mostrato che l’anello μ appariva blu, una caratteristica tipica di particelle estremamente piccole, mentre la tonalità rossastra dell’anello ν indicava un anello di polvere più tipico. Il motivo di queste differenze tra gli anelli rimaneva tuttavia un mistero.
Quando il JWST è entrato in funzione e ha iniziato a osservare Urano, il team di ricerca ha utilizzato tutti i suoi dati, acquisiti a diverse lunghezze d’onda infrarosse, in combinazione con le osservazioni dell’Osservatorio Keck e dell’HST per ricostruire uno spettro completo dal visibile all’infrarosso. Analizzando il modo in cui 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 comune, 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 formato da minuscoli granelli di ghiaccio staccati dalla piccola luna del pianeta (di 12km di diametro), Mab, a seguito dell’impatto di micrometeoriti. È interessante notare che 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 da impatti di micrometeoriti e collisioni tra corpi rocciosi invisibili ricchi di materiale organico, che devono orbitare tra alcune delle lune conosciute“, ha affermato de Pater. “Una domanda interessante è perché i corpi progenitori da cui provengono questi anelli siano così diversi nella composizione”.
Un sistema di anelli rivelato nel tempo
Gli anelli di Urano furono scoperti per la prima volta nel 1977, quando gli astronomi osservarono una stella affievolirsi più volte al passaggio del pianeta davanti ad essa, indicando la presenza di un sistema di anelli circostanti. All’epoca, solo Saturno era noto per avere anelli, il che rende Urano il secondo pianeta con anelli conosciuto nel nostro Sistema Solare. A differenza degli anelli brillanti e facilmente visibili di Saturno, gli anelli di Urano sono deboli e stretti, il che li rende molto più difficili da studiare. Nel corso dei decenni, ulteriori anelli sono stati identificati grazie alle osservazioni della sonda Voyager 2 della NASA e del Telescopio Spaziale Hubble (HST), rivelando gradualmente un sistema più complesso.
L’Osservatorio Keck, insieme all’HST, ha svolto un ruolo chiave nella nostra comprensione del sistema uraniano. Le osservazioni dell’HST tra il 2003 e il 2005 hanno portato alla scoperta degli anelli µ e ν, e l’Osservatorio Keck ha contribuito a caratterizzarli, fornendo tra l’altro la prima prova che l’anello µ è blu, mentre l’anello ν appare rosso. Queste differenze di colore suggerivano variazioni fondamentali nelle dimensioni e nella 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 dall’attività dei geyser sulla luna Encelado, che orbita attorno a Saturno nell’anello E, e i geyser emettono minuscoli granelli di ghiaccio. Mab, tuttavia, sembra troppo piccolo per essere vulcanicamente attivo.
Una svolta fondamentale si è avuta nel 2007, quando la Terra è passata attraverso il piano degli anelli di Urano e i deboli anelli di polvere sono diventati molto più luminosi, permettendo a de Pater e al suo team di osservarli di taglio. Utilizzando lo strumento NIRC2 del telescopio Keck II, il team ha catturato rare osservazioni nel vicino infrarosso dell’anello μ, fornendo alcune delle prime immagini dettagliate di questa debole struttura a queste lunghezze d’onda.
Per ampliare le osservazioni dell’Osservatorio Keck e dell’HST, il team le ha combinate con le misurazioni del JWST. La combinazione dei dati ha permesso agli scienziati di ricostruire per la prima volta uno spettro completo degli anelli μ e ν, rivelandone le dimensioni e la composizione delle particelle.
Cosa succederà dopo?
I nuovi risultati sugli anelli µ e ν sollevano un’interessante domanda: perché Mab, la sorgente dell’anello µ, è così diversa dalle altre lune interne di Urano, più rocciose? “Sospetto che avremo bisogno di immagini ravvicinate da una futura missione spaziale su Urano per rispondere a questa domanda“, ha affermato 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 ciò che potrebbe causare questi cambiamenti è ancora un mistero“, ha aggiunto Matt Hedman, coautore e Professore all’Università dell’Idaho.