Il mistero di come Plutone abbia ottenuto una gigantesca struttura a forma di cuore sulla sua superficie è stato finalmente risolto da un team internazionale di astrofisici guidati dall'Università di Berna e da membri del Centro nazionale di competenza nella ricerca (NCCR) PlanetS. Il team è il primo a riprodurre con successo la forma insolita con simulazioni numeriche, attribuendola a un impatto gigante e lento ad angolo obliquo.
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. Un team di scienziati dell'Università di Berna, tra cui diversi membri dell'NCCR PlanetS, e dell'Università dell'Arizona a Tucson hanno utilizzato simulazioni numeriche per indagare sulle origini dello Sputnik Planitia, la parte occidentale a forma di lacrima della superficie del cuore di Plutone. /P>
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 circa 700 km di diametro, circa il doppio della dimensione della Svizzera da est a ovest. Le scoperte del team, recentemente pubblicate su Nature Astronomy , suggeriscono anche che la struttura interna di Plutone è diversa da quanto precedentemente ipotizzato, indicando che non esiste un oceano sotterraneo.
Il cuore, noto anche come Tombaugh Regio, catturò l'attenzione del pubblico immediatamente dopo la sua scoperta. Ma ha catturato immediatamente l'interesse degli scienziati anche perché è ricoperto da un materiale ad alto albedo che riflette più luce rispetto all'ambiente circostante, creando il suo colore più bianco.
Tuttavia il cuore non è composto da un unico elemento. Sputnik Planitia (la parte occidentale) copre un'area di 1.200 per 2.000 chilometri, che equivale a un quarto dell'Europa o degli Stati Uniti. Ciò che colpisce, tuttavia, è che questa regione è da tre a quattro chilometri più in basso rispetto alla maggior parte della superficie di Plutone.
"L'aspetto brillante dello Sputnik Planitia è dovuto al fatto che è riempito prevalentemente di ghiaccio di azoto bianco che si muove e si muove per convezione per lisciare costantemente la superficie. Questo azoto molto probabilmente si è accumulato rapidamente dopo l'impatto a causa della bassa altitudine", spiega il Dr. Harry Ballantyne dell'Università di Berna, autore principale dello studio.
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 suggerisce fortemente che l'impatto non sia stato uno scontro frontale diretto ma piuttosto obliquo", sottolinea il Dr. Martin Jutzi dell'Università di Berna, che ha avviato lo studio.
Quindi il team, come molti altri in tutto il mondo, ha utilizzato il software di simulazione Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) 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", spiega Ballantyne.
"Da qualche parte sotto lo Sputnik c'è il nucleo residuo di un altro corpo massiccio, che Plutone non ha mai digerito del tutto", aggiunge il coautore Erik Asphaug dell'Università dell'Arizona. 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 da New Horizons.
"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. Ma nel lontano sistema solare, le velocità sono molto più lente e il ghiaccio solido è forte, quindi tu devi essere molto più preciso nei calcoli. È qui che inizia il divertimento", afferma Asphaug.
I due team hanno una lunga esperienza di collaborazioni insieme, esplorando già dal 2011 l'idea di "simboli" planetari per spiegare, ad esempio, le caratteristiche del lato nascosto della Luna. Dopo la nostra Luna e Plutone, il team dell'Università di Berna intende esplorare scenari simili per altri corpi del sistema solare esterno, come il pianeta nano Haumea, simile a 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. Ciò pone però un problema:una gigantesca depressione come Sputnik Planitia dovrebbe, nel tempo, spostarsi lentamente verso il polo del pianeta nano a causa delle leggi della fisica, poiché ha un deficit di massa. Eppure paradossalmente è vicino all'equatore.
La precedente spiegazione teorizzata era che Plutone, come molti altri corpi planetari nel sistema solare esterno, avesse un oceano sotterraneo di acqua liquida. Secondo questa spiegazione precedente, la crosta ghiacciata di Plutone sarebbe più sottile nella regione dello Sputnik Planitia, causando un rigonfiamento dell'oceano lì, e poiché l'acqua liquida è più densa del ghiaccio, si otterrebbe un surplus di massa che induce la migrazione verso l'equatore. /P>
Tuttavia, il nuovo studio offre una prospettiva alternativa. "Nelle nostre simulazioni, tutto il mantello primordiale di Plutone viene scavato dall'impatto, e quando il materiale del nucleo dell'oggetto si schianta sul nucleo di Plutone, crea un eccesso di massa locale che può spiegare la migrazione verso l'equatore senza un oceano sotterraneo, o al massimo un molto sottile," spiega Martin Jutzi.
La dottoressa Adeene Denton dell’Università dell’Arizona, anch’essa coautrice dello studio, sta attualmente conducendo un nuovo progetto di ricerca per stimare la velocità di questa migrazione. "Questa origine innovativa e innovativa della struttura a forma di cuore di Plutone potrebbe portare a una migliore comprensione dell'origine di Plutone", conclude.
Ulteriori informazioni: Harry A. Ballantyne et al, Sputnik Planitia come residuo di un dispositivo di simulazione indicativo di un antico mascon roccioso in un Plutone senza oceani, Nature Astronomy (2024). DOI:10.1038/s41550-024-02248-1
Informazioni sul giornale: Astronomia naturale
Fornito dall'Università di Berna
