La collisione cosmica che ha creato il cuore di Plutone

Segreto come Plutone Finalmente, un gigantesco elemento a forma di cuore sulla sua superficie è stato risolto da un team internazionale di astrofisici guidati da… Università di Berna e membri del Centro nazionale di competenza nella ricerca (NCCR) PlanetS. Il team è il primo a riprodurre con successo la forma insolita utilizzando simulazioni digitali e attribuisce ciò all'effetto dell'angolo di inclinazione lento e gigantesco.

A partire dalle telecamere NASALa missione New Horizons ha scoperto una grande struttura a forma di cuore sulla superficie del pianeta nano Plutone nel 2015. Questo “cuore” ha lasciato perplessi gli scienziati a causa della sua forma unica, composizione geologica e altezza. Gli scienziati dell'Università di Berna in Svizzera e dell'Università dell'Arizona hanno utilizzato simulazioni numeriche per studiare le origini dello Sputnik Planitia, la parte occidentale a forma di lacrima della superficie del nucleo di Plutone.

Secondo la loro ricerca, la storia iniziale di Plutone è stata segnata da un evento catastrofico che ha portato alla formazione dello Sputnik Planitia: la sua collisione con un corpo planetario di poco più di 400 miglia di diametro, all'incirca delle dimensioni dell'Arizona da nord a sud. I risultati del team, pubblicati in Astronomia della naturaIndica anche che la struttura interna di Plutone è diversa da quanto precedentemente ipotizzato, suggerendo che non esiste un oceano sotterraneo.

“La formazione di Sputnik Planitia fornisce un’importante finestra sui primi periodi della storia di Plutone”, ha affermato Adeniy Denton, scienziato planetario presso il Lunar and Planetary Laboratory in Arizona e coautore dell’articolo. “Espandendo le nostre indagini per includere scenari di formazione più insoliti, abbiamo appreso alcune possibilità completamente nuove per l’evoluzione di Plutone, che potrebbero applicarsi ad altri oggetti”. Fascia di Kuiper Anche gli oggetti.”

Una vista di Plutone scattata dalla sonda spaziale New Horizons della NASA il 14 luglio 2015. Fonte immagine: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwestern Research Institute

Cuore diviso

Il “cuore”, detto anche tombo regio, catturò l'attenzione del pubblico subito dopo la sua scoperta. Ma ha attirato immediatamente l'attenzione degli scienziati anche perché è ricoperto da un materiale ad alto albedo che riflette più luce dall'ambiente circostante, creando un colore più bianco. Ma il cuore non è costituito da un unico elemento. Sputnik Planitia copre un'area di circa 750 x 1.250 miglia, circa un quarto della dimensione dell'Europa o degli Stati Uniti. Ma ciò che colpisce è che l’elevazione di questa regione è di circa 2,5 miglia inferiore rispetto alla maggior parte della superficie di Plutone.

“Mentre la stragrande maggioranza della superficie di Plutone è costituita da ghiaccio di metano e suoi derivati ​​che ricoprono una crosta di ghiaccio d'acqua, Planitia è per lo più piena di ghiaccio di azoto, che probabilmente si è accumulato rapidamente dopo l'impatto a causa della bassa altitudine”, ha detto l'autore principale. Dello studio è stato Harry Ballantyne, un ricercatore associato a Berna. Anche la parte orientale del nucleo è ricoperta da uno strato simile ma molto più sottile di ghiaccio di azoto, la cui origine non è chiara agli scienziati, ma è probabilmente correlata allo Sputnik Planitia.

Effetto inclinato

Secondo Martin Goetze dell'Università di Berna, che ha avviato lo studio, la forma allungata dello Sputnik Planitia e la sua posizione all'equatore suggeriscono fortemente che l'impatto non sia stato una collisione diretta ma piuttosto un impatto obliquo. Come molti altri in tutto il mondo, il team ha utilizzato un software di simulazione dell’idrodinamica delle particelle lisce per ricreare digitalmente tali impatti, variando la configurazione di Plutone e del suo corpo d’impatto, nonché la velocità e l’angolo del corpo d’impatto. Queste simulazioni hanno confermato i sospetti degli scienziati sull'angolo d'impatto obliquo e hanno determinato la configurazione dell'oggetto d'impatto.

“Il nucleo di Plutone è così freddo che la roccia è rimasta molto solida e non si è sciolta nonostante il calore dell'impatto, e grazie all'angolo d'impatto e alla bassa velocità, il nucleo d'impatto non è affondato nel nucleo di Plutone, ma è rimasto intatto come un colpo “Questa era la forza fondamentale e la bassa velocità.” La relatività è la chiave per il successo di queste simulazioni: la bassa forza si tradurrà in una caratteristica superficiale altamente simmetrica che non assomiglia per niente alla forma a goccia osservata dal New della NASA. La sonda Horizons durante il suo sorvolo di Plutone nel 2015.

“Siamo abituati a pensare alle collisioni planetarie come eventi incredibilmente intensi di cui è possibile ignorare i dettagli tranne che per cose come energia, quantità di moto e densità”, ha affermato Eric Asfaugh, professore del Lunar and Planetary Laboratory e coautore dello studio, il cui ha collaborato con il gruppo di ricerca. Dal 2011, i colleghi svizzeri esplorano l’idea delle “esplosioni” planetarie per spiegare, ad esempio, le caratteristiche del lato nascosto della Luna. “Nel lontano sistema solare, le velocità sono molto più lente di quelle più vicine al Sole, e il ghiaccio solido è forte, quindi devi essere più preciso nei tuoi calcoli. È lì che inizia il divertimento.”

Non c'è oceano sotterraneo su Plutone

Lo studio attuale getta nuova luce anche sulla struttura interna di Plutone. In effetti, un impatto gigantesco come quello simulato probabilmente si è verificato molto prima nella storia di Plutone rispetto ai tempi moderni. Tuttavia, ciò pone un problema: si prevede che una gigantesca depressione come Sputnik Planitia si sposti lentamente verso il polo del pianeta nano nel tempo a causa delle leggi della fisica, perché è meno massiccio dei suoi dintorni. Tuttavia, è rimasto vicino all'equatore. La precedente spiegazione teorica si basava sull'esistenza di un oceano di acqua liquida sotto la superficie terrestre, simile a molti altri corpi planetari nel sistema solare esterno. Secondo questa ipotesi, la crosta ghiacciata di Plutone sarebbe più sottile nella regione dello Sputnik Planitia, provocando un rigonfiamento dell'oceano verso l'alto, e poiché l'acqua liquida è più densa del ghiaccio, provocando un surplus di massa che la farebbe migrare verso l'equatore.

Il nuovo studio offre una visione alternativa, secondo gli autori, indicando simulazioni in cui il mantello primitivo di Plutone viene completamente scavato dall'impatto e, quando il materiale del nucleo cade sul nucleo di Plutone, si crea un surplus di massa locale che potrebbe spiegare la migrazione. verso l'equatore senza un oceano sotterraneo, o al massimo un oceano molto sottile.

Denton, che ha già intrapreso un progetto di ricerca per stimare la velocità di questa migrazione, ha affermato che la nuova e innovativa ipotesi sull'origine della struttura a forma di cuore di Plutone potrebbe portare a una migliore comprensione dell'origine del pianeta nano.

Riferimento: “Sputnik Planitia come resti di impatto indicano un antico ammasso roccioso su Plutone senza oceani” di Harry A. Ballantyne, Eric Asfough e C. Aden Denton, Alexander Emsenhuber e Martin Goetze, 15 aprile 2024, Astronomia della natura.
doi: 10.1038/s41550-024-02248-1