La colisión cósmica que hizo que el corazón de Plutón

secreto como Plutón Finalmente, un equipo internacional de astrofísicos liderado por… Universidad de Berna y miembros del Centro Nacional de Competencia en Investigación (NCCR) PlanetS. El equipo es el primero en reproducir con éxito la forma inusual mediante simulaciones digitales, y lo atribuye al efecto del ángulo de inclinación lento y gigante.

Desde cámaras NASALa misión New Horizons descubrió una gran estructura en forma de corazón en la superficie del planeta enano Plutón en 2015. Este “corazón” desconcertó a los científicos debido a su forma, composición geológica y altura únicas. Científicos de la Universidad de Berna en Suiza y la Universidad de Arizona utilizaron simulaciones numéricas para investigar los orígenes de Sputnik Planitia, la parte occidental en forma de lágrima de la superficie del núcleo de Plutón.

Según su investigación, la historia temprana de Plutón estuvo marcada por un evento cataclísmico que condujo a la formación de Sputnik Planitia: su colisión con un cuerpo planetario de poco más de 400 millas de diámetro, aproximadamente el tamaño de Arizona de norte a sur. Los hallazgos del equipo, que fueron publicados en astronomía de la naturalezaTambién indica que la estructura interna de Plutón es diferente de lo que se suponía anteriormente, lo que sugiere que no existe un océano bajo la superficie.

«La formación de Sputnik Planitia proporciona una ventana importante a los primeros períodos de la historia de Plutón», dijo Adeniy Denton, científico planetario del Laboratorio Planetario y Lunar de Arizona, coautor del artículo. «Al ampliar nuestras investigaciones para incluir escenarios de formación más inusuales, hemos aprendido algunas posibilidades completamente nuevas para la evolución de Plutón, que podrían aplicarse a otros objetos». Cinturón de Kuiper Objetos también”.

Una vista de Plutón tomada por la sonda espacial New Horizons de la NASA el 14 de julio de 2015. Fuente de la imagen: NASA/Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins/Instituto de Investigación Southwestern

corazón dividido

El «corazón», también conocido como tombo regio, captó la atención del público inmediatamente después de su descubrimiento. Pero también llamó inmediatamente la atención de los científicos porque está cubierto con un material de alto albedo que refleja más luz del entorno que lo rodea, creando un color más blanco. Pero el corazón no se compone de un solo elemento. Sputnik Planitia cubre un área de aproximadamente 750 por 1250 millas, aproximadamente una cuarta parte del tamaño de Europa o Estados Unidos. Pero lo sorprendente es que la elevación de esta región es aproximadamente 4 kilómetros más baja que la mayor parte de la superficie de Plutón.

«Mientras que la gran mayoría de la superficie de Plutón está formada por hielo de metano y sus derivados que cubren una corteza de hielo de agua, Planitia está llena en su mayor parte de hielo de nitrógeno, que probablemente se acumuló rápidamente después del impacto debido a la baja altitud», dijo el autor principal. Del estudio participó Harry Ballantyne, investigador asociado en Berna. La parte oriental del núcleo también está cubierta por una capa similar pero mucho más delgada de hielo de nitrógeno, cuyo origen aún no está claro para los científicos, pero probablemente esté relacionado con el Sputnik Planitia.

efecto inclinado

La forma alargada y la posición del Sputnik Planitia en el ecuador sugieren fuertemente que el impacto no fue una colisión directa sino más bien un impacto oblicuo, según Martin Goetze de la Universidad de Berna, quien inició el estudio. Como muchos otros en todo el mundo, el equipo utilizó un software de simulación de hidrodinámica de partículas suaves para recrear digitalmente tales impactos, variando la configuración de Plutón y su cuerpo de impacto, así como la velocidad y el ángulo del cuerpo de impacto. Estas simulaciones confirmaron las sospechas de los científicos sobre el ángulo de impacto oblicuo y determinaron la configuración del objeto de impacto.

“El núcleo de Plutón está tan frío que la roca permaneció muy sólida y no se derritió a pesar del calor del impacto, y gracias al ángulo de impacto y la baja velocidad, el núcleo del impacto no se hundió en el núcleo de Plutón, sino que permaneció intacto como un golpe. «Esta fue la fuerza fundamental y la baja velocidad». La relatividad es clave para el éxito de estas simulaciones: la baja fuerza dará como resultado una característica de superficie altamente simétrica que no se parece en nada a la forma de lágrima observada por el nuevo telescopio de la NASA. Sonda Horizons durante su sobrevuelo a Plutón en 2015.

«Estamos acostumbrados a pensar en las colisiones planetarias como eventos increíblemente intensos en los que se pueden ignorar los detalles excepto cosas como la energía, el impulso y la densidad», dijo Eric Asfaugh, profesor del Laboratorio Lunar y Planetario y coautor del estudio, cuyo El equipo colaboró ​​con el equipo de investigación. Desde 2011, colegas suizos exploran la idea de las «explosiones» planetarias para explicar, por ejemplo, las características de la cara oculta de la Luna. «En el sistema solar distante, las velocidades son mucho más lentas que en los más cercanos al Sol, y el hielo sólido es fuerte, por lo que hay que ser más preciso en los cálculos. Ahí es donde comienza la diversión».

No hay ningún océano subterráneo en Plutón

El estudio actual también arroja nueva luz sobre la estructura interna de Plutón. De hecho, un impacto gigante como el simulado probablemente ocurrió mucho antes en la historia de Plutón que en los tiempos modernos. Sin embargo, esto plantea un problema: se espera que una depresión gigante como Sputnik Planitia se desplace lentamente con el tiempo hacia el polo del planeta enano debido a las leyes de la física, porque es menos masivo que su entorno. Sin embargo, permaneció cerca del ecuador. La explicación teórica anterior se basaba en la existencia de un océano de agua líquida debajo de la superficie de la Tierra, similar a muchos otros cuerpos planetarios del sistema solar exterior. Según esta hipótesis, la corteza helada de Plutón sería más delgada en la región del Sputnik Planitia, provocando que el océano se hinchara hacia arriba, y como el agua líquida es más densa que el hielo, provocaría un excedente de masa que provocaría su migración hacia el ecuador.

El nuevo estudio ofrece una visión alternativa, según los autores, apuntando a simulaciones en las que el manto primitivo de Plutón queda completamente excavado por el impacto y, a medida que el material del núcleo del impactador cae sobre el núcleo de Plutón, se crea un excedente de masa local que podría explicar la migración. hacia el ecuador sin un océano subterráneo, o como mucho un océano muy delgado.

Denton, que ya se ha embarcado en un proyecto de investigación para estimar la velocidad de esta migración, dijo que la nueva e innovadora hipótesis del origen de la característica en forma de corazón de Plutón puede conducir a una mejor comprensión del origen del planeta enano.

Referencia: “Sputnik Planitia como remanente de impacto apunta a una antigua masa rocosa en Plutón sin océano” por Harry A. Ballantyne, Eric Asfough y C. Aden Denton, Alexander Emsenhuber y Martin Goetze, 15 de abril de 2024, astronomía de la naturaleza.
doi: 10.1038/s41550-024-02248-1