Come Plutone ha ottenuto il suo “cuore”

Da quando le telecamere della missione New Horizons della NASA hanno scoperto una grande struttura a forma di cuore sulla superficie del pianeta nano Plutone nel 2015, questo “cuore” ha sconcertato gli scienziati a causa della sua forma unica, composizione geologica e elevazione. 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 cuore di Plutone.

Plutone – foto illustrativa. Credito immagine: Pixabay (Licenza gratuita Pixabay)

Secondo la loro ricerca, la storia iniziale di Plutone è stata segnata da un evento catastrofico che ha formato lo Sputnik Planitia: una collisione con un corpo planetario di poco più di 400 miglia di diametro, più o meno la dimensione dell’Arizona da nord a sud. I risultati del team pubblicato in Nature Astronomy, suggeriscono anche che la struttura interna di Plutone è diversa da quanto precedentemente ipotizzato, indicando che non esiste un oceano sotterraneo.

“La formazione dello Sputnik Planitia fornisce una finestra critica sui primi periodi della storia di Plutone”, ha affermato Adeene Dentonuno scienziato planetario dell’UArizona Laboratorio Lunare e Planetario che è stato coautore dell’articolo. “Espandendo la nostra indagine per includere scenari di formazione più insoliti, abbiamo appreso alcune possibilità totalmente nuove per l’evoluzione di Plutone, che potrebbero applicarsi anche ad altri oggetti della Cintura di Kuiper”.

Un cuore diviso

Il cuore, noto anche come Tombaugh Regio, catturò l’attenzione del pubblico immediatamente dopo la sua scoperta. Ma ha attirato immediatamente l’interesse degli scienziati anche perché è ricoperto da un materiale ad alto albedo che riflette più luce dell’ambiente circostante, creando il suo colore più bianco. Tuttavia il cuore non è composto da un unico elemento. Sputnik Planitia copre un’area di circa 750 per 1.250 miglia, equivalente a un quarto dell’Europa o degli Stati Uniti. Ciò che colpisce, tuttavia, è che questa regione è circa 2,5 miglia più in basso 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 prevalentemente piena di ghiaccio di azoto, che molto probabilmente si è accumulato rapidamente dopo l’impatto a causa della minore altitudine”, ha affermato l’autore principale dello studio, Harry Ballantyne, ricercatore associato a Berna. Anche la parte orientale del cuore è ricoperta da uno strato simile ma molto più sottile di ghiaccio di azoto, la cui origine non è ancora chiara agli scienziati, ma è probabilmente correlata allo Sputnik Planitia.

Un impatto obliquo

La forma allungata dello Sputnik Planitia e la sua posizione all’equatore suggeriscono fortemente che l’impatto non sia stato uno scontro frontale diretto ma piuttosto obliquo, secondo Martin Jutzi dell’Università di Berna, che ha avviato lo studio. Come molti altri in tutto il mondo, il team ha utilizzato il software di simulazione Smoothed Particle Hydrodynamics per ricreare digitalmente tali impatti, variando sia la composizione di Plutone e del suo dispositivo di simulazione, sia la velocità e l’angolo del dispositivo di simulazione. Queste simulazioni hanno confermato i sospetti degli scienziati sull’angolo obliquo dell’impatto e hanno determinato la composizione del dispositivo di simulazione.

“Il nucleo di Plutone è così freddo che le rocce sono rimaste molto dure e non si sono sciolte nonostante il calore dell’impatto, e grazie all’angolo di impatto e alla bassa velocità, il nucleo del dispositivo di simulazione non è affondato nel nucleo di Plutone, ma è rimasto intatto come uno schiaffo su di esso”, ha detto Ballantyne. Questa forza del nucleo e una velocità relativamente bassa sono state fondamentali per il successo di queste simulazioni: una forza inferiore si tradurrebbe in una caratteristica superficiale rimanente molto simmetrica che non assomiglia alla forma a goccia osservata dalla sonda New Horizons della NASA 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 il professore del Lunar and Planetary Laboratory e coautore dello studio. Erik Asphaug, il cui team collabora con i colleghi svizzeri dal 2011, esplorando l’idea dei “simboli” planetari per spiegare, ad esempio, le caratteristiche del lato nascosto della Luna terrestre. “Nel lontano sistema solare, le velocità sono molto più lente rispetto a quelle più vicine al Sole, e il ghiaccio solido è forte, quindi devi essere molto più preciso nei tuoi calcoli. È qui che inizia il divertimento.

Nessun oceano sotterraneo su Plutone

Lo studio attuale getta nuova luce anche sulla struttura interna di Plutone. In effetti, è molto più probabile che un impatto gigantesco come quello simulato si sia verificato molto presto nella storia di Plutone che in tempi più recenti. Ciò pone però un problema: una gigantesca depressione come Sputnik Planitia dovrebbe col tempo spostarsi lentamente verso il polo del pianeta nano a causa delle leggi della fisica, poiché è meno massiccia dell’ambiente circostante. Eppure è rimasto vicino all’equatore. La precedente spiegazione teorizzata invocava un oceano di acqua liquida nel sottosuolo, 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 induce la migrazione verso l’equatore.

Il nuovo studio offre una prospettiva alternativa, secondo gli autori, indicando simulazioni in cui tutto il mantello primordiale di Plutone viene scavato dall’impatto e, quando il materiale del nucleo del dispositivo di simulazione si schianta sul nucleo di Plutone, crea un eccesso di massa locale che può spiegare l’impatto. migrazione verso l’equatore senza oceano sotterraneo, o al massimo molto sottile.

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

Fonte: Università dell’Arizona