Plüton'un kalbini oluşturan kozmik çarpışma

Plüton'un yüzeyinde kalp şeklinde bir yapı oluşturan büyük ve yavaş çarpışmanın sanatsal temsili. Kaynak: Bern Üniversitesi, Thibaut Roger, ed.

Gizli nasıl Plüton Sonunda yüzeyindeki dev kalp şeklindeki özellik, liderliğindeki uluslararası astrofizikçilerden oluşan bir ekip tarafından çözüldü. Bern Üniversitesi ve Ulusal Araştırma Yeterlilik Merkezi (NCCR) PlanetS üyeleri. Ekip, dijital simülasyonlar kullanarak olağandışı şekli başarıyla yeniden üreten ilk kişi oldu ve bunu devasa, yavaş eğim açısının etkisine bağladı.

Kameralardan beri NASANew Horizons misyonu, 2015 yılında cüce gezegen Plüton'un yüzeyinde kalp şeklinde büyük bir yapı keşfetti. Bu “kalp”, benzersiz şekli, jeolojik bileşimi ve yüksekliği nedeniyle bilim adamlarını şaşırttı. İsviçre'deki Bern Üniversitesi ve Arizona Üniversitesi'nden bilim insanları, Plüton'un çekirdeğinin yüzey özelliğinin gözyaşı şeklindeki batı kısmı olan Sputnik Planitia'nın kökenlerini araştırmak için sayısal simülasyonlar kullandılar.

Araştırmalarına göre, Plüton'un erken tarihi, Sputnik Planitia'nın oluşumuna yol açan dehşet verici bir olayla işaretlenmişti: Çapı 400 milden biraz fazla, kuzeyden güneye kabaca Arizona büyüklüğünde bir gezegen gövdesiyle çarpışması. Ekibin şu tarihte yayınlanan bulguları: Doğa astronomisiBu aynı zamanda Plüton'un iç yapısının daha önce varsayılandan farklı olduğunu ve yüzey altı okyanusunun bulunmadığını da gösteriyor.

Makalenin yazarlarından Arizona'daki Ay ve Gezegen Laboratuvarı'nda gezegen bilimci olan Adeniy Denton, “Sputnik Planitia'nın oluşumu Plüton tarihinin ilk dönemlerine önemli bir pencere açıyor” dedi. “Araştırmalarımızı daha sıra dışı oluşum senaryolarını içerecek şekilde genişleterek, Plüton'un evrimi için diğer nesnelere de uygulanabilecek tamamen yeni bazı olasılıklar öğrendik.” Kuiper kuşağı Nesneler de öyle.”

NASA'nın New Horizons uzay sondası tarafından 14 Temmuz 2015'te çekilen Plüton'un bir görüntüsü. Görüntü kaynağı: NASA/Johns Hopkins Üniversitesi Uygulamalı Fizik Laboratuvarı/Güneybatı Araştırma Enstitüsü

Bölünmüş kalp

Tombo regio olarak da bilinen “kalp”, keşfedildikten hemen sonra halkın dikkatini çekti. Ancak aynı zamanda çevreden gelen ışığı daha fazla yansıtarak daha beyaz bir renk oluşturan yüksek albedolu bir malzemeyle kaplanmış olması nedeniyle bilim adamlarının hemen dikkatini çekti. Ancak kalp tek bir unsurdan oluşmaz. Sputnik Planitia, Avrupa veya Amerika Birleşik Devletleri'nin yaklaşık dörtte biri kadar, yaklaşık 750 x 1.250 mil büyüklüğünde bir alanı kapsıyor. Ancak çarpıcı olan şey, bu bölgenin yüksekliğinin Plüton'un yüzeyinin çoğundan yaklaşık 4,5 mil daha düşük olmasıdır.

Baş yazar, “Plüton'un yüzeyinin büyük çoğunluğu metan buzu ve su buzu kabuğunu kaplayan türevlerinden oluşsa da, Planitia çoğunlukla nitrojen buzuyla dolu ve muhtemelen çarpışmadan sonra düşük irtifa nedeniyle hızla birikmiş” dedi. Araştırmanın katılımcısı Bern'de araştırma görevlisi olan Harry Ballantyne idi. Çekirdeğin doğu kısmı da benzer fakat çok daha ince bir nitrojen buzu tabakasıyla kaplıdır; bu tabakanın kökeni bilim insanları için belirsizliğini koruyor ancak muhtemelen Sputnik Planitia ile ilgili.

Eğimli etki

Çalışmayı başlatan Bern Üniversitesi'nden Martin Goetze'ye göre, Sputnik Planitia'nın uzatılmış şekli ve ekvatordaki konumu, çarpmanın doğrudan bir çarpışma değil, daha ziyade eğik bir çarpma olduğunu kuvvetle akla getiriyor. Dünya çapındaki pek çok kişi gibi ekip de Plüton'un ve darbe gövdesinin konfigürasyonunun yanı sıra darbe gövdesinin hızını ve açısını değiştirerek bu tür etkileri dijital olarak yeniden oluşturmak için pürüzsüz parçacık hidrodinamiği simülasyon yazılımını kullandı. Bu simülasyonlar, bilim adamlarının eğik çarpma açısı hakkındaki şüphelerini doğruladı ve çarpma nesnesinin konfigürasyonunu belirledi.

“Plüton'un çekirdeği o kadar soğuk ki kaya çok katı kaldı ve çarpmanın ısısına rağmen erimedi, çarpma açısı ve düşük hız sayesinde çarpma çekirdeği Plüton'un çekirdeğine batmadı, aksine darbe olarak sağlam kaldı. Ballantyne şöyle konuştu: “Bu, temel kuvvet ve düşük hızdı.” Görelilik bu simülasyonların başarısının anahtarıdır: Düşük kuvvet, NASA'nın Yeni Uzay Aracı tarafından gözlemlenen gözyaşı şekline hiç benzemeyen son derece simetrik bir yüzey özelliğiyle sonuçlanacaktır. Horizons, 2015 yılında Plüton'un yanından geçerken inceleme yapıyor.

Ay ve Gezegen Laboratuvarı profesörü ve çalışmanın ortak yazarı Eric Asfaugh, “Gezegen çarpışmalarını, enerji, momentum ve yoğunluk gibi şeyler dışındaki ayrıntıları göz ardı edebileceğiniz inanılmaz derecede yoğun olaylar olarak düşünmeye alışkınız” dedi. ekibi araştırma ekibiyle işbirliği yaptı. 2011'den bu yana İsviçreli meslektaşları, örneğin Dünya'nın ayının uzak tarafındaki özellikleri açıklamak için gezegensel “patlamalar” fikrini araştırıyorlar. “Uzak güneş sisteminde hızlar, Güneş'e yakın olanlardan çok daha yavaştır ve katı buz güçlüdür, bu nedenle hesaplamalarınızda daha hassas olmanız gerekir. İşte eğlence burada başlıyor.”

Plüton'da yüzey altı okyanusu yok

Mevcut çalışma Plüton'un iç yapısına da yeni bir ışık tutuyor. Aslına bakılırsa, simüle edilene benzer dev bir çarpışma, Plüton'un tarihinde modern zamanlardan çok daha önce meydana gelmiş olabilir. Ancak bu bir sorun teşkil ediyor: Sputnik Planitia gibi dev bir çöküntünün, çevresine göre daha az kütleye sahip olması nedeniyle, fizik yasaları nedeniyle zamanla cüce gezegenin kutbuna doğru yavaş yavaş sürüklenmesi bekleniyor. Ancak ekvatora yakın kaldı. Önceki teorik açıklama, dış güneş sistemindeki diğer birçok gezegen gövdesine benzer şekilde, Dünya yüzeyinin altında sıvı bir su okyanusunun varlığına dayanıyordu. Bu hipoteze göre Plüton'un buzlu kabuğunun Sputnik Planitia bölgesinde daha ince olması okyanusun yukarı doğru şişmesine, sıvı suyun buzdan daha yoğun olması nedeniyle kütle fazlalığının ekvatora doğru göç etmesine neden olacaktır.

Yeni çalışma, yazarlara göre, Plüton'un ilkel mantosunun çarpışma nedeniyle tamamen kazıldığı ve çarpma aracının çekirdek malzemesinin Plüton'un çekirdeğine düştüğünde, göçü açıklayabilecek yerel bir kütle fazlası yarattığı simülasyonlara işaret eden alternatif bir bakış açısı sunuyor. Ekvator'a doğru bir yeraltı okyanusu veya en fazla çok ince bir okyanus olmadan.

Bu göçün hızını tahmin etmek için şimdiden bir araştırma projesine başlayan Denton, Plüton'un kalp şeklindeki özelliğine yönelik yeni ve yenilikçi köken hipotezinin cüce gezegenin kökeninin daha iyi anlaşılmasına yol açabileceğini söyledi.

Referans: “Sputnik Planitia, Okyanussuz Plüton'daki Antik Kaya Kütlesine İşaret Eden Çarpma Kalıntısı”, Harry A. Ballantyne, Eric Asfough ve C. Aden Denton, Alexander Emsenhuber ve Martin Goetze, 15 Nisan 2024, Doğa astronomisi.
doi: 10.1038/s41550-024-02248-1