El misterio de cómo Plutón consiguió una característica gigante en forma de corazón en su superficie finalmente ha sido resuelto por un equipo internacional de astrofísicos dirigido por la Universidad de Berna y miembros del Centro Nacional de Competencia en Investigación PlanetS (NCCR). El equipo es el primero en reproducir con éxito la forma inusual con simulaciones numéricas, atribuyéndola a un impacto gigante y lento en ángulo oblicuo.
Desde que las cámaras de la misión New Horizons de la NASA descubrieron una gran estructura en forma de corazón en la superficie del planeta enano Plutón en 2015, este «corazón» ha desconcertado a los científicos debido a su forma, composición geológica y elevación únicas. Un equipo de científicos de la Universidad de Berna, incluidos varios miembros del NCCR PlanetS, y la Universidad de Arizona en Tucson han utilizado simulaciones numéricas para investigar los orígenes de Sputnik Planitia, la parte occidental en forma de lágrima de la característica de la superficie del «corazón» de Plutón. . Según su investigación, la historia temprana de Plutón estuvo marcada por un evento cataclísmico que formó el Sputnik Planitia: una colisión con un cuerpo planetario de unos 700 km de diámetro, aproximadamente el doble del tamaño de Suiza de este a oeste. Los hallazgos del equipo, que se publicaron recientemente en Naturaleza Astronomíatambién sugieren que la estructura interna de Plutón es diferente de lo que se suponía anteriormente, lo que indica que no hay ningún océano bajo la superficie.
un corazón dividido
El «corazón», también conocido como Tombaugh Regio, capturó la atención del público inmediatamente después de su descubrimiento. Pero también captó inmediatamente el interés de los científicos porque está cubierto de un material de alto albedo que refleja más luz que su entorno, creando su color más blanco. Sin embargo, el «corazón» no se compone de un solo elemento. Sputnik Planitia (la parte occidental) cubre una superficie de 1.200 por 2.000 kilómetros, lo que equivale a una cuarta parte de Europa o Estados Unidos. Lo sorprendente, sin embargo, es que esta región tiene una elevación de tres a cuatro kilómetros más baja que la mayor parte de la superficie de Plutón. «La apariencia brillante del Sputnik Planitia se debe a que está lleno predominantemente de hielo de nitrógeno blanco que se mueve y convecta para alisar constantemente la superficie. Este nitrógeno probablemente se acumuló rápidamente después del impacto debido a la menor altitud», explica el Dr. Harry Ballantyne de la Universidad de Berna, autor principal del estudio. La parte oriental del «corazón» también está cubierta por una capa similar pero mucho más delgada de hielo de nitrógeno, cuyo origen aún no está claro para los científicos, pero probablemente esté relacionado con el Sputnik Planitia.
Un impacto oblicuo
«La forma alargada del Sputnik Planitia sugiere claramente que el impacto no fue una colisión frontal directa sino más bien oblicua», señala el Dr. Martin Jutzi de la Universidad de Berna, quien inició el estudio. Entonces, el equipo, como muchos otros en todo el mundo, utilizó su software de simulación Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) para recrear digitalmente tales impactos, variando tanto la composición de Plutón como su impactador, así como la velocidad y el ángulo del impactador. Estas simulaciones confirmaron las sospechas de los científicos sobre el ángulo oblicuo del impacto y determinaron la composición del impactador.
«El núcleo de Plutón es tan frío que las rocas permanecieron muy duras y no se derritieron a pesar del calor del impacto, y gracias al ángulo de impacto y a la baja velocidad, el núcleo del impactador no se hundió en el núcleo de Plutón, sino que permaneció intacto. como un toque», explica Harry Ballantyne. «En algún lugar debajo del Sputnik se encuentran los restos del núcleo de otro cuerpo masivo, que Plutón nunca digirió del todo», añade el coautor Erik Asphaug, de la Universidad de Arizona. Esta fuerza del núcleo y una velocidad relativamente baja fueron clave para el éxito de estas simulaciones: una fuerza más baja daría como resultado una característica superficial sobrante muy simétrica que no se parece a la forma de lágrima observada por New Horizons. «Estamos acostumbrados a pensar en las colisiones planetarias como eventos increíblemente intensos en los que se pueden ignorar los detalles, excepto aspectos como la energía, el impulso y la densidad. Pero en el Sistema Solar distante, las velocidades son mucho más lentas y el hielo sólido es fuerte, por lo que Hay que ser mucho más preciso en los cálculos. Ahí empieza lo divertido», afirma Erik Asphaug. Los dos equipos tienen un largo historial de colaboraciones juntas, explorando desde 2011 la idea de «splats» planetarios para explicar, por ejemplo, las características de la cara oculta de la Luna. Después de nuestra Luna y Plutón, el equipo de la Universidad de Berna planea explorar escenarios similares para otros cuerpos exteriores del Sistema Solar, como el planeta enano Haumea, similar a Plutón.
No hay océano subterráneo en Plutón
El estudio actual también arroja nueva luz sobre la estructura interna de Plutón. De hecho, es mucho más probable que un impacto gigante como el simulado haya ocurrido muy temprano en la historia de Plutón. Sin embargo, esto plantea un problema: se espera que una depresión gigante como Sputnik Planitia se mueva lentamente con el tiempo hacia el polo del planeta enano debido a las leyes de la física, ya que tiene un déficit de masa. Sin embargo, paradójicamente está cerca del ecuador. La explicación teorizada anterior era que Plutón, como muchos otros cuerpos planetarios en el Sistema Solar exterior, tiene un océano de agua líquida bajo la superficie. Según esta explicación anterior, la corteza helada de Plutón sería más delgada en la región de Sputnik Planitia, lo que provocaría que el océano se hinchara allí, y dado que el agua líquida es más densa que el hielo, se terminaría con un excedente de masa que induciría la migración hacia el ecuador.
Sin embargo, el nuevo estudio ofrece una perspectiva alternativa. «En nuestras simulaciones, todo el manto primordial de Plutón es excavado por el impacto, y cuando el material del núcleo del impactador se estrella contra el núcleo de Plutón, se crea un exceso de masa local que puede explicar la migración hacia el ecuador sin un océano subterráneo, o como mucho un muy fino», explica Martín Jutzi. La Dra. Adeene Denton de la Universidad de Arizona, también coautora del estudio, está llevando a cabo actualmente un nuevo proyecto de investigación para estimar la velocidad de esta migración. «Este origen novedoso e inventivo de la característica en forma de corazón de Plutón puede conducir a una mejor comprensión del origen de Plutón», concluye.