Jak powstał układ Pluton-Charon? Naukowcy odkryli nowy typ kosmicznej kolizji

Według astronomów z University of Arizona, istnieje rodzaj kosmicznej kolizji, w której zderzające się obiekty na krótką chwilę łączą się ze sobą, by następnie rozdzielić się, ale pozostać związanymi grawitacyjnie. Naukowcy określili ten rodzaj kolizji jako "kiss and capture" (z j. ang. pocałuj i złap) i według nich tak właśnie wygląda historia Plutona i jego największego księżyca – Charona.

Ustalenia naukowców ukazały się na łamach pisma "Nature Geoscience" (DOI: 10.1038/s41561-024-01612-0).

Historia Plutona i Charona została napisana na nowo. W niedawno opublikowanych badaniach naukowcy przekonują, że układ ten powstał w wyniku nowego rodzaju zderzenia, w którym zostaje zachowana integralna struktura lodowych światów. Nowy rodzaj kosmicznej kolizji może rzucić nowe światło na zrozumienie formowania się i ewolucji planet.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Pluton został on odkryty przez amerykańskiego astronoma Clyde’a Williama Tombauga w 1930 roku. Do 2006 roku uznawany był za dziewiątą planetę Układu Słonecznego, ale potem został zdegradowany do planety karłowatej.

Pluton jest największym obiektem transneptunowym, czyli obiegającym Słońce po ścieżce znajdującej się za orbitą Neptuna. Ma bardzo cienką atmosferę, która składa się głównie z azotu z niewielkim dodatkiem metanu i dwutlenku węgla. Badacze sądzą, że uformował się z kawałków skał i lodu zbierających się razem pod wpływem oddziaływań grawitacyjnych w odległym Pasie Kuipera, rozległym obszarze za orbitą Neptuna zdominowanym przez mniejsze i większe planetoidy i planety karłowate.

Pluton posiada co najmniej pięć księżyców, z których największy – Charon – jest tylko o połowę mniejszy od Plutona i ma około 12 procent masy Plutona. Właściwie to Charon nie orbituje wokół Plutona. Oba obiekty orbitują wokół wspólnego środka masy, który znajduje się w przestrzeni między nimi. Z tego powodu układ ten bywa określany jako podwójna planeta karłowata.

Przez dziesięciolecia naukowcy teoretyzowali, że niezwykle duży księżyc Plutona, Charon, powstał w procesie podobnym do księżyca Ziemi, czyli w potężnym zderzeniu, w którym masywne obiekty zachowują się jak ciecz. Podczas takiej kolizji intensywne ciepło prowadzi do stopienia materiału skalnego i jego wymiany między zderzającymi się obiektami. Jednak w przypadku znacznie mniejszego i zimniejszego układu Pluton-Charon, podejście to pomijało kluczowy czynnik: integralność strukturalną lodowych światów.

- Pluton i Charon różnią się – są mniejsze, zimniejsze i zbudowane głównie ze skał i lodu. Kiedy uwzględniliśmy rzeczywistą wytrzymałość tych materiałów, odkryliśmy coś zupełnie nieoczekiwanego – powiedziała kierująca badaniami Adeene Denton.

Korzystając z zaawansowanych symulacji uderzeniowych zespół badawczy odkrył, że Pluton i proto-Charon tymczasowo się ze sobą połączyły, obracając się jako pojedynczy obiekt w kształcie bałwana przez około 10 godzin. Następnie rozdzieliły się tworząc układ, który obserwujemy dzisiaj. – Większość scenariuszy zderzeń planetarnych jest klasyfikowana jako "uderz i uciekaj" (hit and run) lub "ocieraj się i połącz" (graze and merge). Odkryliśmy coś zupełnie innego – scenariusz "pocałuj i złap" (kiss and capture), w którym ciała zderzają się, przez krótki czas trzymają się razem, a następnie rozdzielają, pozostając przy tym związane grawitacyjnie – powiedziała Denton.

Badanie sugeruje również, że zarówno Pluton, jak i Charon pozostały w dużej mierze nienaruszone podczas zderzenia, a większość ich pierwotnego składu została zachowana. To kwestionuje poprzednie modele, które sugerowały rozległe odkształcenia i mieszanie się materiału obiektów podczas uderzenia. Ponadto proces zderzenia, w tym tarcie pływowe podczas rozdzielania się ciał, według tego scenariusza wytworzyłby znaczną ilość ciepła wewnętrznego w obu ciałach, co może stanowić mechanizm umożliwiający Plutonowi utworzenie podpowierzchniowego oceanu.

Badacze zamierzają w najbliższym czasie przeanalizować, w jaki sposób zaproponowany scenariusz formowania się układu Pluton-Charon pokrywa się z obecnymi cechami geologicznymi obu światów i zbadać, czy podobne procesy mogłyby wyjaśnić powstawanie innych układów podwójnych.