Durante décadas, los astrónomos pensaron que los anillos eran algo que solo poseían los planetas gigantes. Eso cambió en 2013, cuando un cuerpo pequeño y oscuro que orbita entre Saturno y Urano pasó frente a una estrella y parpadeó dos veces a ambos lados del evento principal, revelando dos anillos estrechos alrededor de un objeto de apenas 250 kilómetros de diámetro. "Fue una sorpresa", afirma Pablo Santos-Sanz, astrónomo del Instituto de Astrofísica de Andalucía en Granada, España. Desde entonces, la pregunta ha sido de qué están hechos tales anillos y cuánto tiempo pueden durar. En un estudio reciente, Santos-Sanz y sus colegas utilizaron el Telescopio Espacial James Webb para observar el mismo cuerpo, ahora conocido como Chariklo, pasar frente a una estrella de fondo nuevamente. Descubrieron que uno de sus anillos se había vuelto más denso y el otro casi se había desvanecido. No sabemos exactamente por qué.

La técnica detrás de la observación es simple. "Predecimos cuándo un objeto del sistema solar pasa frente a una estrella", dijo Santos-Sanz. La luz estelar se atenúa por un momento y la forma de esa caída revela el tamaño, la forma y los alrededores del objeto que la causó. "Esto es particularmente desafiante para los cuerpos menores, y más desafiante para los cuerpos menores distantes", señaló.

La dificultad radica en que la silueta del objetivo en el cielo es minúscula, y saber cuándo cruzará una estrella en particular requiere datos de posicionamiento muy precisos para ambos. Aun así, en 2013 utilizamos telescopios terrestres para discernir los dos anillos de Chariklo, C1R y C2R. Estos se encontraban a 390 y 405 kilómetros de su centro, tenían solo unos pocos kilómetros de ancho y estaban separados por unos 7 kilómetros. Hacer esto con un telescopio espacial, sin embargo, hace que alinear las cosas sea considerablemente más difícil.

El JWST se encuentra en el punto de Lagrange L2, y los controladores deben dar pequeños impulsos al telescopio cada pocas semanas para mantener su órbita estable. "Es una tarea un tanto delicada", dijo Santos-Sanz. Su equipo identificó una posible ocultación de Chariklo en agosto de 2022 y volvió a hacer la predicción cada semana. Entre la primera predicción y una de las últimas, la línea de visión proyectada se desplazó unos 110 kilómetros, lo cual fue suficiente para sacarla del cuerpo por completo.

Lamentablemente, el JWST requiere que observaciones como esta se planifiquen con al menos 14 días de antelación. "Hicimos esto un poco a ciegas, porque no sabíamos exactamente dónde estaba la línea de visión", dijo Santos-Sanz. "Voy a mover uno de los telescopios más grandes y mejores del espacio, y no sabemos si finalmente atraparemos esto o no". Pero todo salió bien.

La ocultación llegó el 18 de octubre de 2022. La geometría reconstrucida muestra que la línea de visión del JWST hacia la estrella de fondo rozó 7,4 kilómetros por encima de la superficie de Chariklo, perdiendo el cuerpo pero capturando sus anillos.

El JWST registró el evento simultáneamente en dos bandas del infrarrojo cercano, a 1,5 y 3,2 micrómetros, lo que marcó la primera vez que alguien capta los anillos de un cuerpo menor en una banda superior a tres micrómetros, un rango que la atmósfera de la Tierra deja fuera del alcance de los telescopios terrestres.

El anillo interno apareció de manera inconfundible, con bordes abruptos y bien definidos, pero era mucho más oscuro que antes. Promediado a lo largo de unas 10 ocultaciones terrestres previas, la opacidad normal de C1R (la fracción de luz estelar que bloquea) se situaba en 0,303. El JWST la midió en 0,431.

"No lo creíamos al principio, así que luchamos mucho con los datos", dijo Santos-Sanz. La explicación más sencilla era la geometría. Los anillos no siempre son uniformes, y el JWST simplemente podría haber atravesado un cúmulo más denso. Para descartar este escenario, el equipo construyó un modelo de anillo irregular y ejecutó 10 millones de ocultaciones simuladas.

Reproducir una opacidad tan alta como la registrada por el JWST arrojó una probabilidad de aproximadamente 1 entre 1.000 a 1,5 micrómetros, y de 4 entre 100.000 a 3,2 micrómetros para una sola medición. El telescopio capturó el anillo dos veces, al entrar y al salir, lo que hizo que las probabilidades fueran aún menores.

Santos-Sanz concluyó que el anillo interno probablemente se volvió más grueso. Al mismo tiempo, el anillo exterior hizo lo contrario.

El anillo C2R apenas se registró a 1,5 micrómetros y no apareció en absoluto a 3,2, a pesar de que el telescopio estaba registrando el mismo tramo de anillo en ambas bandas al mismo instante. "Al principio ni siquiera vimos el anillo exterior en la curva de luz", dijo Santos-Sanz. "Tuvimos que usar modelos. Realmente era apenas visible, así que dijimos: '¿Qué está pasando aquí?'"

El equipo ideó dos explicaciones posibles. La primera es que el JWST, al observar en longitudes de onda donde casi nunca se ha registrado ninguna ocultación, simplemente está viendo granos que dispersan la luz de manera diferente en el infrarrojo. La otra es que los anillos realmente han cambiado físicamente.

Santos-Sanz argumenta que los modelos de transferencia radiativa apuntan hacia esto último. Las observaciones anteriores de luz visible eran coherentes con una mezcla de hielo y silicatos, pero una vez que se agregan los puntos de datos del JWST, ninguna combinación de materiales y tamaños de grano podría explicar lo que vio el telescopio.

"Estamos presenciando una evolución real de los anillos con el tiempo", dijo Santos-Sanz. "Por supuesto que no es una certeza, pero para mí es la explicación preferida". Es más, esta evolución probablemente no fue solo material del anillo exterior que se desvanece migrando hacia el interior. Medido como ancho equivalente, el anillo interno ganó aproximadamente 10 veces más de lo que perdió el anillo exterior.

"No sabemos de dónde viene el material adicional, pero hay algunas hipótesis", dijo Santos-Sanz.

La explicación principal, explica Santos-Sanz, es un pequeño satélite pastor que comparte la órbita del anillo exterior. Dicho objeto debería explicar la estabilidad de los anillos y sus bordes afilados, y también podría desprender escombros que reabastecen a C1R. "Este satélite no ha sido detectado todavía, si es que existe", dijo Santos-Sanz.

Un modelo informático basado en datos del JWST también da pistas sobre de qué están hechos los dos anillos. Santos-Sanz, sin embargo, deja claro que esta parte del trabajo está inconclusa. "Nuestra sensación después de este modelo es que el anillo interno debería estar compuesto por partículas más grandes que el anillo exterior. Creemos que el anillo exterior es más polvoriento", dijo. "Pero este es un trabajo en marcha. No puedo asegurar con certeza, bueno, esto es polvoriento, esto no".

La mejor prueba, argumenta el equipo, sería capturar otra ocultación de Chariklo, esta vez utilizando luz visible, lo que separaría el cambio genuino de un efecto de longitud de onda. "Estamos buscando nuevas ocultaciones", dijo Santos-Sanz.

Comprender cómo evolucionan con el tiempo los anillos alrededor de los cuerpos pequeños importa, explica, porque Chariklo no es el único que los tiene. Ahora se sabe que hay anillos alrededor de otro cuerpo de la misma categoría que Chariklo, llamado Quirón, el planeta enano Haumea y el objeto transneptuniano Quaoar. Ya se sabe que los anillos de los planetas gigantes cambian a lo largo de meses y años; el anillo D de Saturno se ha encogido de forma medible y los arcos de Adams de Neptuno se reorganizan.

Ahora los cuerpos pequeños también parecen hacerlo. "Creo que este trabajo es solo una pieza del rompecabezas", dijo Santos-Sanz, "pero podría ser una pista importante para estudios más amplios sobre los anillos alrededor de cuerpos menores y planetas gigantes". El estudio de Santos-Sanz se publica en Science Advances: https://doi.org/10.1126/sciadv.aeh4794