La gravedad es la más débil de las cuatro interacciones fundamentales, siendo equiparable la fuerza electromagnética que ejerce un imán no muy grande sobre un trozo de hierro con la fuerza que ejerce todo el planeta Tierra. Es por eso que podemos utilizar un imán para levantar el trozo de hierro, superando la fuerza de la gravedad. Pero a pesar de ser la más débil, es capaz de crear objetos tan extremos como estrellas de neutrones, objetos del tamaño de planetas pero con la densidad de un núcleo atómico, y agujeros negros, objetos tan densos que ni siquiera la luz puede escapar de su superficie.
Esto es así precisamente porque la gravedad es la única interacción capaz de acumular su fuerza, de sumar las contribuciones diminutas de incontables partículas diferentes. Además de todos estos efectos tan exóticos, la gravedad es por ejemplo capaz de despedazar lunas y asteroides, si se acercan lo suficiente a algún astro o incluso a un planeta. Los anillos de Saturno pensamos por ejemplo que se formaron cuando una de sus lunas menores se acercó demasiado al gigante gaseoso. Concretamente se acercó más allá del límite de Roche.
Este límite recibe el nombre de su descubridor, el astrónomo francés Édouard Roche, quien en 1848 llegó a un resultado teórico de gran interés. Cuando dos cuerpos se orbitan mutuamente es porque ambos sienten la atracción gravitatoria del otro. Si tenemos por ejemplo un planeta siendo orbitado por una luna considerablemente más pequeña, será evidente que a una cierta distancia del planeta, la gravedad ejercida por éste será de igual intensidad a la que ejerce la luna sobre sí misma. Imagina el caso de nuestro planeta y nuestro satélite. La gravedad en la superficie de la Tierra es de unos 9’8 kilómetros por segundo al cuadrado. En la superficie de la Luna es bastante menor, en torno a 1’6 kilómetros por segundo al cuadrado. Estas cantidades no solo nos hablan de la aceleración (y por tanto la fuerza) que siente un objeto (o un humano) al posarse sobre su superficie, sino también de la fuerza que sienten las rocas que forman esa superficie y en definitiva, de la fuerza que mantiene unido al planeta o satélite debido a su propia gravedad.
El planeta enano Quaoar con su sistema de anillos, su luna Weywot a la izquierda y el Sol en la distancia. Representación artística.ATG for ESA
Si nos situamos ahora a cierta distancia de la Tierra, la intensidad de la gravedad será menor. Si nos alejamos lo suficiente, este valor caerá hasta el valor lunar de 1’6 kilómetros por segundo al cuadrado. A partir de este momento, la parte de la Luna que esté más cerca que ese punto, sentirá mayor atracción gravitatoria hacia la Tierra que hacia el resto de la Luna, por lo que poco a poco se irá deformando hasta que la tensión sea demasiado grande y el satélite se fragmente. Esto ocurrirá en el límite de Roche. Esta explicación que he dado es la versión más simple. En el mundo real debemos tener en cuenta las densidades de ambos cuerpos y en qué estado se encuentra el material que los forma. Si el satélite está formado de material sólido o líquido el límite de Roche será diferente. Al resquebrajarse, el material del satélite irá formando un anillo, ocupando toda la órbita por la diferencia de velocidad orbital de las partes más cercanas o lejanas al planeta y por el movimiento aleatorio fruto de las incontables colisiones que tengan lugar durante el proceso.
Este límite de Roche solo aplica a aquellos cuerpos que conserven su forma debido únicamente a su propia gravedad, como es el caso por ejemplo de cualquier cuerpo esférico del sistema solar. Una roca de unos pocos metros de tamaño o un cohete espacial, estarán sujetas por fuerzas electromagnéticas, por los enlaces entre sus átomos, por lo que no se desintegrarán por este efecto, aunque sí puedan hacerlo al chocar contra la atmósfera y arder en ella.
Pero además de decirnos a qué distancia se rompen los satélites que se acercan demasiado, también nos dice hasta qué distancia los anillos que rodean un cuerpo pueden permanecer como anillos o acabarán formando un satélite. Por el mismo motivo por el que en el ejemplo anterior la Luna acababa hecha pedacitos, cualquier cuerpo que se forme al acumularse el material de un anillo alrededor del planeta acabará rompiéndose bajo la gravedad de dicho planeta cuando alcance suficiente tamaño. Por tanto si un anillo se forma tras acercarse demasiado un satélite, como en el caso de Saturno, ese anillo no podrá volver a formar un satélite. Pero si se formara un anillo por cualquier otro motivo más allá del límite de Roche de un cuerpo determinado, en principio al cabo de poco tiempo, tal vez siglos, debería formarse una luna nueva a su alrededor. Es por esto mismo que el descubrimiento anunciado recientemente de un anillo alrededor del planeta enano Quaoar nos ha sorprendido tanto. Este anillo se sitúa a unos 4 150 kilómetros sobre la superficie del planeta enano, a más del doble de distancia que su límite de Roche.
Esto no debería ser posible a menos que el anillo se hubiera formado hace apenas unos años, lo cual, teniendo en cuenta la existencia de Quaoar desde probablemente los inicios del sistema solar hace 4 600 millones de años sería una casualidad enorme. Este anillo se ha observado que no es uniforme y que contiene zonas más anchas y más estrechas, con probablemente alguna subluna de cientos de metros de diámetro en su interior. Además, se encuentra confinado en una región estrecha en la que coincide una resonancia orbital con la luna Weywot y con el periodo de rotación de Quaoar, lo cual podría evitar que el material del anillo formara un nuevo satélite. A pesar de esto más observaciones serán necesarias para resolver este nuevo misterio hallado en las afueras del sistema solar.
Referencias:
Morgado, B. E.; et al. (2023). «A dense ring of the trans-Neptunian object Quaoar outside its Roche limit». Nature. 614: 239–243. doi:10.1038/s41586-022-05629-6.
