Le masse dei satelliti vanno da 1/10 a 1/1000 dei corrispondenti TNO. Per confronto, Sono mostrati anche la Terra e la Luna. Credito:NASA/APL/SwRI/ESA/STScI
Utilizzando sofisticate simulazioni e osservazioni al computer, un team guidato da ricercatori dell'Earth-Life Science Institute (ELSI) del Tokyo Institute of Technology ha mostrato come potrebbero essersi formati i cosiddetti oggetti transnettuniani (o TNO). TNO, che includono il pianeta nano Plutone, sono un gruppo di piccoli corpi ghiacciati e rocciosi, più piccoli dei pianeti, ma più grandi delle comete, che orbitano intorno al sistema solare oltre il pianeta Nettuno. I TNO probabilmente si sono formati contemporaneamente al sistema solare, e comprenderne l'origine potrebbe fornire importanti indizi su come si sia originato l'intero sistema solare.
Come molti corpi del sistema solare, compresa la Terra, I TNO hanno spesso i propri satelliti, che probabilmente si è formato presto da collisioni tra i mattoni del sistema solare. Comprendere l'origine dei TNO insieme ai loro satelliti può aiutare a comprendere l'origine e la prima evoluzione dell'intero sistema solare. Le proprietà dei TNO e dei loro satelliti, ad esempio, le loro proprietà orbitali, composizione e velocità di rotazione:forniscono una serie di indizi per comprendere la loro formazione. Queste proprietà possono riflettere la loro formazione e storia collisionale, che a sua volta può essere correlato a come le orbite dei pianeti giganti Giove, Saturno, Nettuno, e Urano è cambiato nel tempo da quando si è formato il sistema solare.
La navicella spaziale New Horizons ha sorvolato Plutone, il più famoso TNO, nel 2015. Da allora, Plutone e il suo satellite Caronte hanno attirato molta attenzione da parte degli scienziati planetari, e sono stati trovati molti nuovi piccoli satelliti attorno ad altri grandi TNO. Infatti, tutti i TNO noti di diametro superiore a 1000 km sono ora noti per avere sistemi satellitari. interessante, l'intervallo del rapporto di massa stimato di questi satelliti rispetto ai loro sistemi host varia da 1/10 a 1/1000, che comprende il rapporto di massa luna-terra (~1/80). Questo potrebbe essere significativo perché si pensa che la luna e Caronte della Terra si siano formate da un gigantesco impattore.
I pannelli superiori mostrano istantanee per l'impatto gigante che forma il satellite con circa 1 km/s della velocità di impatto e 75 gradi dell'angolo di impatto. Il pannello inferiore mostra la vista schematica per la circolarità dell'orbita del satellite dovuta all'interazione della marea dopo la formazione del satellite. Credito:Arakawa et al. (2019) Astronomia della natura
Per studiare la formazione e l'evoluzione dei sistemi satellitari TNO, il team di ricerca ha eseguito più di 400 simulazioni di impatto gigante e calcoli sull'evoluzione delle maree. "Questo è davvero un duro lavoro, " dice l'autore senior dello studio, Professor Hidenori Genda dell'Earth-Life Science Institute (ELSI) al Tokyo Institute of Technology. Altri membri del team Tokyo Tech includevano Sota Arakawa e Ryuki Hyodo.
Lo studio Tokyo Tech ha scoperto che le dimensioni e l'orbita dei sistemi satellitari dei grandi TNO si spiegano meglio se si sono formati dall'impatto di progenitori fusi. Hanno anche scoperto che i TNO abbastanza grandi possono trattenere il calore interno e rimanere fusi per un arco di pochi milioni di anni; soprattutto se la loro fonte di calore interna è costituita da isotopi radioattivi di breve durata come l'alluminio-26, che è stato anche implicato nel riscaldamento interno dei corpi genitori dei meteoriti. Poiché questi progenitori avrebbero bisogno di avere un alto contenuto di radionuclidi di breve durata per poter essere fusi, questi risultati suggeriscono che i sistemi TNO-satellite si siano formati prima della migrazione verso l'esterno dei pianeti esterni, compreso Nettuno, o nei primi ~ 700 milioni di anni della storia del sistema solare.
La relazione tra l'eccentricità iniziale dei satelliti formati e l'eccentricità finale dopo 4,5 miliardi di anni di evoluzione delle maree è mostrata per tre casi. Quando i corpi planetari sono rigidi per tutto il tempo (figura a destra) o si comportano come un fluido per i primi 1000 anni (figura al centro), la maggior parte delle eccentricità non sono state smorzate, che non è in contrasto con l'osservazione. Quando si comportano come un fluido per la prima> 1 milione di anni, le eccentricità risultanti sono coerenti con l'osservazione. Credito:Arakawa et al. (2019) Astronomia della natura
Le precedenti teorie sulla formazione dei pianeti avevano suggerito che la crescita dei TNO richiedesse molto più tempo della durata di vita dei radionuclidi di breve durata, e quindi i TNO non devono essere stati fusi quando si sono formati. Questi scienziati hanno scoperto, però, che la rapida formazione di TNO è coerente con i recenti studi sulla formazione dei pianeti che suggeriscono che i TNO si siano formati attraverso l'accrescimento di piccoli solidi su corpi preesistenti. La rapida formazione di grandi TNO è coerente con i recenti studi sulla formazione dei pianeti; però, altre analisi suggeriscono che le comete si siano formate molto dopo che la maggior parte dei radionuclidi di breve durata era decaduta. Così gli autori notano che c'è ancora molto lavoro da fare per produrre un modello unificato per l'origine dei corpi planetari del sistema solare.
