L'oggetto transnettuniano Arrokoth, noto anche come Ultima Thule, che la sonda spaziale della NASA New Horizons ha passato il giorno di Capodanno 2019, potrebbe aver cambiato significativamente la sua forma nei primi 100 milioni di anni dalla sua formazione. Nel numero di oggi della rivista Astronomia della natura , ricercatori guidati dall'Accademia cinese delle scienze e dal Max Planck Institute for Solar System Research (MPS) suggeriscono che la forma attuale di Arrokoth, che ricorda un pupazzo di neve schiacciato, potrebbe essere di origine evolutiva a causa del degassamento volatile. I loro calcoli aiutano a capire cosa può insegnarci lo stato attuale dei corpi ai margini del Sistema Solare sulle loro proprietà originali.

I molti milioni di corpi che popolano la fascia di Kuiper oltre l'orbita di Nettuno devono ancora rivelare molti dei loro segreti. Negli anni '80, le sonde spaziali Pioneer 1 e 2 e Voyager 1 e 2 hanno attraversato questa regione ma senza telecamere a bordo. La navicella spaziale della NASA New Horizons ha inviato sulla Terra le prime immagini dal bordo più esterno del sistema solare:nell'estate del 2015 del pianeta nano Plutone e tre anni e mezzo dopo dell'oggetto transnettuniano Arrokoth, di circa 30 chilometri. Non ancora ufficialmente nominato, il corpo era soprannominato Ultima Thule all'epoca, in riferimento al punto di terra più settentrionale della Terra. Dopotutto, l'oggetto transnettuniano è il corpo più lontano dal Sole che sia mai stato visitato e ripreso da una sonda artificiale.

Soprattutto la strana forma di Arrokoth ha fatto scalpore nei giorni successivi al fly-by. Il corpo è un contatto binario, creduto di essere il risultato della fusione a bassa velocità di due corpi separati che si sono formati vicini. È composto da due lobi collegati, di cui la più piccola leggermente appiattita, il più grande fortemente così, creando l'impressione di un pupazzo di neve schiacciato. Nella loro pubblicazione attuale, i ricercatori dalla Cina, Germania, e gli Stati Uniti indagano su come è nata questa forma. Una pronunciata forma bi-lobata è nota anche da alcune comete. Però, non c'è nessun altro corpo conosciuto che sia piatto come Arrokoth. Arrokoth aveva già questo aspetto quando è stato creato? O la sua forma si è sviluppata gradualmente?

"Ci piace pensare alla fascia di Kuiper come a una regione in cui il tempo si è più o meno fermato dalla nascita del Sistema Solare, " spiega Ladislav Rezac di MPS, uno dei primi due autori della presente pubblicazione. A più di quattro miliardi di chilometri dal Sole, i corpi della fascia di Kuiper sono rimasti congelati e immutati, così è la credenza comune. Le immagini di Arrokoth di New Horizon sfidano questa idea per la sua superficie apparentemente liscia senza segni di frequenti eventi craterici e per la sua peculiare, forma appiattita. Gli scienziati ipotizzano che il Sistema Solare si sia formato 4,6 miliardi di anni fa da un disco di polvere:le particelle di questa nebulosa si sono agglomerate in ammassi sempre più grandi; questi gruppi si scontrarono e si fusero in corpi ancora più grandi. "Non c'è ancora alcuna spiegazione su come un corpo piatto come Arrokoth possa emergere da questo processo, "dice Rezac.

Un'altra possibilità sarebbe che Arrokoth avesse una forma più ordinaria per cominciare. Potrebbe essere iniziato come una fusione tra un corpo sferico e uno oblato al momento della sua creazione e solo gradualmente si è appiattito. Studi precedenti suggeriscono che durante la formazione del Sistema Solare, la regione in cui si trova Arrrokoth avrebbe potuto essere un ambiente distinto al freddo, piano medio della nebulosa esterna ombreggiato dalla polvere. Le basse temperature hanno permesso a sostanze volatili come monossido di carbonio e metano di congelarsi sui granelli di polvere e comporre planetesimi. Quando la polvere nebulare si schiarì dopo la formazione di Arrokoth, l'illuminazione solare avrebbe innalzato la sua temperatura e quindi allontanato rapidamente i volatili condensati. La strana forma di Arrokoth sarebbe quindi un risultato naturale dovuto a una combinazione favorevole della sua grande obliquità, piccola eccentricità e variazione del tasso di perdita di massa con il flusso solare, con conseguente erosione quasi simmetrica tra gli emisferi nord e sud.

"Per un corpo cambiare forma in modo così estremo come Arrokoth, il suo asse di rotazione deve essere orientato in modo speciale, " spiega Rezac. A differenza dell'asse di rotazione terrestre, Quello di Arrokoth è quasi parallelo al piano orbitale. Durante i suoi 298 anni di orbita intorno al Sole, una regione polare di Arrokoth è rivolta continuamente al Sole per quasi la metà del tempo, mentre l'altra è rivolta lontano. Le regioni all'equatore e alle latitudini inferiori sono dominate da variazioni diurne durante tutto l'anno. "Questo fa sì che i poli si scaldino di più, in modo che i gas congelati fuoriescano da lì nel modo più efficiente con conseguente forte perdita di massa, " dice Yuhui Zhao dell'Osservatorio della Montagna Viola dell'Accademia cinese delle scienze. Il processo di appiattimento molto probabilmente si è verificato all'inizio della storia dell'evoluzione del corpo ed è proceduto piuttosto rapidamente su una scala temporale da circa uno a 100 milioni di anni durante la presenza di super volatili ghiaccio negli strati vicini al sottosuolo. Inoltre, gli scienziati hanno dimostrato in modo coerente che le coppie indotte avrebbero giocato un ruolo trascurabile nel cambiamento di stato di spin del planetesimo durante la fase di perdita di massa.

"How many of such 'flattened snowman' bodies are in the Kuiper Belt depends primarily on the probability of a body having a spin-axis inclination similar to Arrokoth's and on the amount of super-volatile ices present near its subsurface, " Rezac says. There are reasons to believe that even objects like Arrokoth had considerable amounts of super-volatiles that have escaped during its early evolution. For instance, Plutone, due to its size and stronger gravity retains carbon monoxide, nitrogen and methane gasses even today. In the case of smaller bodies, these volatiles would long have escaped into space.