Formação de pequenos satélites e anéis de poeira

Abstract

A formação de alguns arcos dos anéis planetários pode estar relacionada às colisões de partículas interplanetárias com seus satélites, fragmentando-os e produzindo corpos menores. De modo sucessivo, estes fragmentos podem sofrer novas colisões e eventualmente gerar partículas de poeira. Por outro lado, os corpos macroscópicos (da ordem de metros) imersos no anel podem colidir entre si e aglutinar- se de modo a gerar novos objetos maiores. A existência destes arcos é creditada a presença de um satélite perturbador que os confina em um ressonância de corrotação. No caso do arco do anel G de Saturno, este é confinado por uma uma ressonância excêntrica 7:6 de corrotação com o satélite Mimas. Hedman et al. (2010) citam que o arco do anel G é majoritariamente composto por partículas da ordem de micrômetros. Neste caso, as forças perturbativas, tais como a pressão de radiação e a força eletromagnéticas, são significativas e tendem a reduzir o tempo de vida destas partículas nesta região. Para explicar a estabilidade do arco Hedman et al. (2010) utilizaram o pequeno satélite Aegaeon (imerso no arco) que poderia ser uma fonte do material das partículas micrométricas imersas no arco via colisões de partículas interplanetárias com Aegaeon. Entretanto, Madeira et al. (2018) exploraram o efeito da pressão de radiação solar e mostraram que o tempo de vida das partículas micrométricas no arco é menos de 40 anos e que o satélite Aegaeon não poderia ser fonte de material e manter a quantidade de poeira no arco via colisões de partículas interplanetárias. Isto, levantou a hipótese de que outro mecanismo de reposição de poeira deveria ser considerado. Tal mecanismo pode ser explicado a partir dados do instrumento LEMMS (Magnetospheric Imaging Instrument’s LowEnergy, em português "Instrumento de Imagem Magnetosférica para Baixas Energias") da sonda Casssini que detectou uma queda mais acentuada na energia dos elétrons no arco, inferindo que deva existir uma população de corpos da ordem de metros imersos no arco. Neste trabalho será analisado o comportamento de corpos macroscópicos existentes em arcos planetários investigando suas evoluções temporais e os possíveis satélites a serem criados investigando a influência do raio físico e da densidade do número de corpos. Além disso, será analisada a produção de poeira gerada devido a colisões super-catastróficas entre os corpos macroscópicos com o objetivo de verificar se estes podem ser o mecanismo de reposição de poeira no arco. Por fim, neste trabalho foi mostrado que é possível manter a população de poeira no arco do anel G através das colisões super-catastróficas entre os corpos macroscópicos imersos no arco e com isso manter o sistema estável por mais de 300 anos e que o satélite Aegaeon não é relevante para a produção de poeira do arco.

Some planetary rings exhibit denser regions called arcs, and the existence of these arcs is credited by the presence of a disturbing satellite that confines the particles in a corotation resonance. The formation of the planetary ring arc can be related with the collisions between interplanetary particles with an embedded satellite, or the break up of a moon into minor bodies. Successively, these bodies may experience new collisions that eventually create dust particles. Meanwhile, the macroscopic bodies can collide among themselves and merge, resulting in large bodies. For the Saturn’s G ring’s arc, it is confined by a 7:6 corotation resonance with the satellite Mimas. Hedman et al. (2010) showed this arc is composed mostly of micrometers particles, a configuration that perturbative forces are significant and decrease the lifetime of the structure. To explain the stability of this arc, they proposed that the satellite Aegaeon could be a source of the material of the dust by collisions within interplanetary particles. However, Madeira et al. (2018) studied the solar radiation pressure and showed that the lifetime of the particles in less than 40 years and that the satellite Aegaeon cannot be a source. Therefore, another mechanism is necessary to explain the arc. To do so, one can use information derived by the LEMMS (Magnetospheric Imaging Instrument’s LowEnergy), an instrument from that Cassini spacecraft that detected an energy drop from electrons in this region, inferring that there must be a population of bodies of the order of meters immersed in the G ring arc. In this work, we analyzed the dynamics of macroscopic bodies immersed in planetary arcs, studying through numerical simulations their temporal evolution and the likelihood of moon formation. Moreover, it will be analyzed the dust produced by super-catastrophic collisions between these bodies, aiming to create a stable system and verify if this mechanism can be sufficient to maintain the dust detected in the G ring arc. Our results indicate that it is possible to keep the dust population in the arc through the super-catastrophic collisions between the macroscopic bodies immersed in the arc and keep the system stable for more than 300 years. Furthermore, we conclude that Aegaeon is not relevant to the production of arc dust.