Una illustrazione mostra Plutone e la sua luna più grande, Caronte (Credito immagine: NASA/Robert Lea (creato con Canva))
Nuove ricerche suggeriscono che miliardi di anni fa, Plutone potrebbe aver catturato la sua luna più grande, Caronte, con un brevissimo “bacio” ghiacciato. La teoria potrebbe spiegare come il pianeta nano (sì, anche noi vorremmo che Plutone fosse ancora un pianeta) possa aver catturato una luna che è circa la metà delle sue dimensioni. Il team dietro questa ricerca pensa che due mondi gelidi situati nella Fascia di Kuiper, un anello di corpi ghiacciati situato lontano dal sole ai margini del sistema solare, si siano scontrati miliardi di anni fa. Piuttosto che distruggersi a vicenda, i due corpi si sono uniti come un “pupazzo di neve cosmico” rotante. Questi corpi si sono separati relativamente rapidamente ma sono rimasti legati orbitamente per creare il sistema Plutone/Caronte che vediamo oggi. Questo processo di “bacio e cattura” rappresenta una nuova teoria di cattura delle lune e collisione cosmica. Potrebbe anche aiutare gli scienziati a indagare meglio sulla resistenza strutturale dei mondi gelidi e ghiacciati nella Fascia di Kuiper.
“Abbiamo scoperto che se assumiamo che Plutone e Caronte siano corpi con resistenza materiale, Plutone può effettivamente catturare Caronte da un impatto gigante,” ha detto il leader del team e ricercatore lunare e planetario dell’Università dell’Arizona. “Il processo di questa cattura collisionale è chiamato ‘bacio e cattura’ perché Plutone e Caronte si fondono brevemente, l’elemento ‘bacio’, prima di separarsi per formare due corpi indipendenti.”
La maggior parte degli scenari di collisione planetaria sono classificati come “colpisci e scappa” o “sfiora e fonde”, il che significa che questo scenario di “bacio e cattura” è qualcosa di completamente nuovo. “Siamo stati sicuramente sorpresi dalla parte del ‘bacio’ del bacio e cattura,” ha continuato Denton. “Non c’è mai stato un tipo di impatto prima in cui i due corpi si fondono solo temporaneamente prima di separarsi di nuovo!”
La ricerca del team è stata pubblicata lunedì (6 gennaio) sulla rivista Nature Geoscience.
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Plutone ha conquistato Caronte con un bacio di 10 ore
Il motivo per cui la relazione di Plutone con Caronte è stata una sfida per gli scienziati è a causa della relativamente piccola differenza di dimensioni e massa tra i due corpi ghiacciati. “Caronte è ENORME rispetto a Plutone, al punto che sono effettivamente un sistema binario,” ha spiegato Denton. “È la metà delle dimensioni di Plutone e il 12% della sua massa, il che lo rende molto più simile alla luna della Terra rispetto a qualsiasi altra luna nel sistema solare.” Per confronto, la nostra luna è solo un quarto delle dimensioni della Terra, mentre la luna più grande del sistema solare, Ganimede, è circa 1/28 delle dimensioni del suo pianeta genitore, Giove.
Il ricercatore dell’Università dell’Arizona, che è anche un borsista post-dottorato della NASA, ha aggiunto che è difficile ottenere una luna così relativamente grande in un modo “normale”. (“Normale” essendo la cattura gravitazionale di lune come le lune di Marte, Phobos e Deimos, e le lune dei pianeti giganti Giove e Saturno.) Ciò significa che la teoria prevalente della formazione del sistema Plutone e Caronte si basa sull’idea della cattura collisionale, simile a come si crede che un corpo massiccio abbia colpito la Terra per lanciare materiale che il nostro pianeta ha catturato per dare origine alla nostra luna.
“Qualcosa di grande colpisce Plutone, e ottieni Caronte, ma come con il sistema Terra-luna, non sappiamo completamente come funziona e le condizioni in cui ciò avviene,” ha detto Denton. “È una domanda piuttosto grande poiché un sacco di altri grandi oggetti della Fascia di Kuiper hanno anche grandi lune, quindi sembra che questo sia qualcosa che accade nella Fascia di Kuiper con una certa frequenza, ma non sappiamo come o perché.”
Uno screenshot mostra il sistema Plutone/Caronte durante la sua fase di “pupazzo di neve” collegato. (Credito immagine: Robert Melikyan e Adeene Denton.)
Durante una “cattura collisionale” standard, si verifica una collisione massiccia e i due corpi si allungano e si deformano in modo simile a un fluido. Questo processo spiega bene la creazione del sistema Terra/luna perché il calore intenso generato nello scontro e la maggiore massa dei corpi coinvolti li fa agire in modo fluido. Quando si considera Plutone e Caronte in un processo di cattura collisionale, c’è un fattore extra da considerare: la resistenza strutturale dei corpi più freddi e rocciosi. Questo è qualcosa che è stato trascurato in passato quando i ricercatori consideravano la creazione collisionale di Caronte.
Per tenere conto di questo nelle simulazioni, il team si è rivolto al cluster di calcolo ad alte prestazioni dell’Università dell’Arizona. Quando Denton e colleghi hanno considerato la resistenza di questi materiali nella loro simulazione, è emerso qualcosa di completamente inaspettato. “Poiché entrambi i corpi hanno resistenza materiale, Caronte non è penetrato abbastanza in profondità in Plutone per fondersi con esso; questo non è vero quando i corpi sono fluidi,” ha spiegato Denton. “Per le stesse condizioni di impatto, se assumiamo che Plutone e Caronte siano privi di resistenza, si fondono in un unico grande corpo e Caronte viene assorbito. Con la resistenza, tuttavia, Plutone e Caronte rimangono strutturalmente intatti durante la loro breve fusione.”
La luna di Plutone, Caronte, vista dal telescopio New Horizons (Credito immagine: NASA/JPL-Caltech)
Poiché Caronte non poteva affondare in Plutone in questo scenario, è rimasto al di là del cosiddetto “raggio di co-rotazione” di entrambi i corpi. Di conseguenza, non poteva ruotare velocemente come Plutone, il che significava che i due corpi non potevano rimanere fusi. Mentre si separavano e questo bacio ghiacciato finiva, il team pensa che Plutone avrebbe torcito Caronte in un’orbita circolare più vicina e più alta da cui la luna sarebbe migrata verso l’esterno.
“Il ‘bacio’ in questo bacio e cattura, la fusione è molto breve, geologicamente parlando, durando da 10 a 15 ore prima che entrambi i corpi si separino di nuovo,” ha detto Denton. “Caronte inizia quindi la sua lenta migrazione verso l’esterno verso la sua posizione attuale.”
Il team pensa che la collisione iniziale sia avvenuta molto presto nella storia del sistema solare, probabilmente decine di milioni di anni dopo la formazione del sistema solare, il che sarebbe miliardi di anni fa. “Le collisioni grandi tipiche sono fusioni dirette, dove i corpi si combinano, o entrambi i corpi rimangono indipendenti,” ha detto Denton. “Quindi questo era molto nuovo per noi. Ha anche sollevato molte domande geologiche interessanti che vorremmo testare, perché se il bacio e cattura funziona dipende dallo stato termico di Plutone, che possiamo poi collegare alla geologia contemporanea di Plutone per testare.
“Mi piacerebbe davvero determinare come l’impatto iniziale Plutone-Caronte possa influenzare se e come Plutone e Caronte sviluppano oceani.”
Denton ha spiegato che ci sono due strade che il team può seguire per costruire su questo sviluppo. “La prima è guardare come questo si applica agli altri grandi oggetti della Fascia di Kuiper con grandi lune, come Eris e Disnomia, Orcus e Vanth, e gli altri,” ha spiegato Denton. “La nostra analisi iniziale suggerisce che il bacio e cattura può anche essere la fonte di questi altri sistemi, ma poiché sono tutti diversi nelle loro composizioni e masse, è fondamentale imparare come il bacio e cattura possa aver operato attraverso la Fascia di Kuiper.”
La seconda strada che il team intende seguire riguarda l’osservazione dell’evoluzione mareale a lungo termine di Caronte per confermare la loro teoria di formazione. “Per essere davvero sicuri che questo sia il processo che ha formato Plutone e Caronte, dobbiamo assicurarci che Caronte migri alla sua posizione attuale a circa 8 volte la larghezza di Plutone,” ha detto Denton. “Tuttavia, questo è un processo che avviene su scale temporali molto più lunghe rispetto alla collisione iniziale, quindi i nostri modelli non sono ben adatti a tracciarlo.
“Abbiamo in programma di dare un’occhiata molto più da vicino a questo in futuro per determinare quali condizioni non solo riproducono Plutone e Caronte come corpi, ma mettono anche Caronte nel posto giusto, dove si trova oggi.”
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