A colisão cósmica que fez o coração de Plutão

Segredo como Plutão Finalmente, uma formação gigante em forma de coração na sua superfície foi resolvida por uma equipa internacional de astrofísicos liderada por… Universidade de Berna e membros do Centro Nacional de Competência em Pesquisa (NCCR) PlanetS. A equipe é a primeira a reproduzir com sucesso a forma incomum usando simulações digitais, e atribui isso ao efeito do ângulo de inclinação gigante e lento.

Desde câmeras NASAA missão New Horizons descobriu uma grande estrutura em forma de coração na superfície do planeta anão Plutão em 2015. Este “coração” intrigou os cientistas devido à sua forma, composição geológica e altura únicas. Cientistas da Universidade de Berna, na Suíça, e da Universidade do Arizona usaram simulações numéricas para investigar as origens do Sputnik Planitia, a parte ocidental em forma de lágrima da superfície do núcleo de Plutão.

De acordo com a sua investigação, o início da história de Plutão foi marcado por um evento cataclísmico que levou à formação do Sputnik Planitia: a sua colisão com um corpo planetário com pouco mais de 640 quilómetros de diâmetro, aproximadamente o tamanho do Arizona de norte a sul. As descobertas da equipe, publicadas em Astronomia da naturezaTambém indica que a estrutura interna de Plutão é diferente do que se supunha anteriormente, sugerindo que não existe oceano subterrâneo.

“A formação do Sputnik Planitia fornece uma janela importante para os primeiros períodos da história de Plutão”, disse Adeniy Denton, cientista planetário do Laboratório Lunar e Planetário no Arizona, co-autor do artigo. “Ao expandir as nossas investigações para incluir cenários de formação mais incomuns, aprendemos algumas possibilidades completamente novas para a evolução de Plutão, que poderiam ser aplicadas a outros objetos.” Cinturão de Kuiper Objetos também.

Uma visão de Plutão obtida pela sonda espacial New Horizons da NASA em 14 de julho de 2015. Fonte da imagem: NASA/Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins/Southwestern Research Institute

Coração dividido

O “coração”, também conhecido como tombo regio, chamou a atenção do público logo após a sua descoberta. Mas também chamou imediatamente a atenção dos cientistas porque é coberto por um material de alto albedo que reflete mais luz do ambiente circundante, criando uma cor mais branca. Mas o coração não consiste num único elemento. O Sputnik Planitia cobre uma área de cerca de 750 por 1.250 milhas, cerca de um quarto do tamanho da Europa ou dos Estados Unidos. Mas o que é surpreendente é que a elevação desta região é cerca de 4 km mais baixa do que a maior parte da superfície de Plutão.

“Embora a grande maioria da superfície de Plutão consista em gelo de metano e seus derivados cobrindo uma crosta de gelo de água, Planitia está maioritariamente preenchida com gelo de azoto, que provavelmente se acumulou rapidamente após o impacto devido à baixa altitude”, disse o autor principal. Do estudo estava Harry Ballantyne, pesquisador associado em Berna. A parte oriental do núcleo também é coberta por uma camada semelhante, mas muito mais fina, de gelo de nitrogênio, cuja origem permanece obscura para os cientistas, mas provavelmente está relacionada ao Sputnik Planitia.

Efeito inclinado

A forma alongada e a posição da Sputnik Planitia no equador sugerem fortemente que o impacto não foi uma colisão direta, mas sim um impacto oblíquo, de acordo com Martin Goetze, da Universidade de Berna, que iniciou o estudo. Como muitos outros ao redor do mundo, a equipe usou software de simulação de hidrodinâmica de partículas suaves para recriar digitalmente tais impactos, variando a configuração de Plutão e seu corpo de impacto, bem como a velocidade e o ângulo do corpo de impacto. Estas simulações confirmaram as suspeitas dos cientistas sobre o ângulo de impacto oblíquo e determinaram a configuração do objeto de impacto.

“O núcleo de Plutão é tão frio que a rocha permaneceu muito sólida e não derreteu apesar do calor do impacto, e graças ao ângulo de impacto e à baixa velocidade, o núcleo do impacto não afundou no núcleo de Plutão, mas permaneceu intacto como um golpe para isso”, disse Ballantyne. “Esta foi a força fundamental e a baixa velocidade.” A relatividade é a chave para o sucesso dessas simulações: A baixa força resultará em uma característica de superfície altamente simétrica que não se parece em nada com o formato de lágrima observado pelo New da NASA. Sonda Horizons durante seu sobrevôo por Plutão em 2015.

“Estamos acostumados a pensar nas colisões planetárias como eventos incrivelmente intensos, onde você pode ignorar os detalhes, exceto coisas como energia, momento e densidade”, disse Eric Asfaugh, professor do Laboratório Lunar e Planetário e coautor do estudo, cujo equipe colaborou com a equipe de pesquisa. Desde 2011, colegas suíços têm explorado a ideia de “explosões” planetárias para explicar, por exemplo, características do outro lado da Lua da Terra. “No sistema solar distante, as velocidades são muito mais lentas do que as mais próximas do Sol, e o gelo sólido é forte, por isso é preciso ser mais preciso nos seus cálculos. É aí que a diversão começa.”

Não há oceano subterrâneo em Plutão

O presente estudo também lança nova luz sobre a estrutura interna de Plutão. Na verdade, um impacto gigante como o simulado provavelmente ocorreu muito antes na história de Plutão do que nos tempos modernos. No entanto, isto representa um problema: espera-se que uma depressão gigante como a Sputnik Planitia se desloque lentamente em direção ao pólo do planeta anão ao longo do tempo devido às leis da física, porque é menos massiva do que a sua vizinhança. No entanto, permaneceu perto do equador. A explicação teórica anterior baseava-se na existência de um oceano de água líquida abaixo da superfície da Terra, semelhante a muitos outros corpos planetários no sistema solar exterior. De acordo com esta hipótese, a crosta gelada de Plutão seria mais fina na região do Sputnik Planitia, fazendo com que o oceano se projetasse para cima, e como a água líquida é mais densa que o gelo, provocaria um excedente de massa que a faria migrar em direção ao equador.

O novo estudo oferece uma visão alternativa, segundo os autores, apontando para simulações em que o manto primitivo de Plutão é completamente escavado pelo impacto, e à medida que o material do núcleo do impactador cai sobre o núcleo de Plutão, cria um excedente de massa local que poderia explicar a migração. em direção ao equador sem Um oceano subterrâneo ou, no máximo, um oceano muito fino.

Denton, que já iniciou um projeto de investigação para estimar a velocidade desta migração, disse que a nova e inovadora hipótese de origem da estrutura em forma de coração de Plutão pode levar a uma melhor compreensão da origem do planeta anão.

Referência: “Sputnik Planitia como pontos remanescentes de impacto para massa rochosa antiga em Plutão sem oceano” por Harry A. Ballantyne, Eric Asfough e C. Aden Denton, Alexander Emsenhuber e Martin Goetze, 15 de abril de 2024, Astronomia da natureza.
doi: 10.1038/s41550-024-02248-1