Misterij kako je Pluton stekao veliku površinsku formaciju u obliku srca razriješen je zahvaljujući međunarodnom timu astrofizičara s vodećim istraživačima iz Sveučilišta u Bernu i članovima Nacionalnog centra kompetencija za istraživanje (NCCR) PlanetS. Ovaj tim prvi je uspješno reproducirao neobičan oblik koristeći numeričke simulacije, što su pripisali ogromnom i sporo koso-uglatom udaru.

Otkako su kamere misije New Horizons NASA-e 2015. godine otkrile veliku strukturu u obliku srca na površini patuljastog planeta Plutona, taj „srčani“ oblik zbunjivao je znanstvenike zbog svoje jedinstvene forme, geološkog sastava i visine. Znanstveni tim s Bernskog sveučilišta, uključujući nekoliko članova NCCR PlanetS, te Sveučilišta u Arizoni u Tucsonu koristio je numeričke simulacije kako bi istražio podrijetlo Sputnik Planitije, zapadnog suznog dijela Plutonove površinske značajke u obliku srca. Prema njihovim istraživanjima, rani periodi Plutonove povijesti obilježeni su kataklizmičkim događajem koji je formirao Sputnik Planitiju: sudarom s planetarnim tijelom promjera oko 700 km, što je otprilike dvostruko veće od Švicarske s istoka na zapad. Nalazi tima, nedavno objavljeni u časopisu Nature Astronomy, također sugeriraju da je unutarnja struktura Plutona drugačija od prethodno pretpostavljene, ukazujući na to da ne postoji podzemni ocean.

Podijeljeno srce „Srce“, poznato i kao Tombaugh Regio, odmah je privuklo pažnju javnosti nakon svog otkrića. No, odmah je privuklo i zanimanje znanstvenika jer je prekriveno materijalom visokog albeda koji reflektira više svjetlosti od svoje okoline, čime dobiva svoju bjelju boju. Ipak, „srce“ nije sastavljeno od jednog elementa. Sputnik Planitija (zapadni dio) pokriva površinu od 1200 puta 2000 kilometara, što je ekvivalent četvrtine Europe ili Sjedinjenih Država.

Međutim, ono što je posebno zanimljivo je činjenica da se ova regija nalazi tri do četiri kilometra niže u odnosu na većinu površine Plutona. „Svijetli izgled Sputnik Planitije posljedica je njezinog dominantnog popunjavanja bijelim ledom od dušika koji se kreće i konvektira kako bi stalno izglađivao površinu. Ovaj dušik se vjerojatno brzo nakupio nakon udara zbog niže nadmorske visine,” objašnjava dr. Harry Ballantyne s Sveučilišta u Bernu, vodeći autor studije. Istočni dio „srca“ također je pokriven sličnim, ali puno tanjim slojem leda od dušika, čije porijeklo znanstvenicima još uvijek nije jasno, ali vjerojatno je povezano sa Sputnik Planitijom.

Koso-uglati udar „Izduženi oblik Sputnik Planitije snažno sugerira da udar nije bio izravan frontalni sudar, već koso-uglati,” ističe dr. Martin Jutzi s Bernskog sveučilišta, koji je pokrenuo studiju. Stoga je tim, poput nekoliko drugih širom svijeta, koristio svoj softver za simulaciju Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) kako bi digitalno rekreirao takve udare, mijenjajući sastav Plutona i njegovog udarača, kao i brzinu i kut udarača. Ove simulacije potvrdile su sumnje znanstvenika o kosom kutu udara i odredile sastav udarača.

„Plutonova jezgra je toliko hladna da su stijene ostale vrlo tvrde i nisu se otopile unatoč toplini udara, a zahvaljujući kutu udara i niskoj brzini, jezgra udarača nije potonula u Plutonovu jezgru, već je ostala netaknuta kao fleka na njoj,” objašnjava Harry Ballantyne. „Negdje ispod Sputnik Planitije nalazi se ostatak jezgre još jednog masivnog tijela, koje Pluton nikada nije sasvim 'probavio',” dodaje suautor Erik Asphaug sa Sveučilišta u Arizoni. Ova čvrstoća jezgre i relativno niska brzina ključni su za uspjeh ovih simulacija: niža čvrstoća rezultirala bi vrlo simetričnom preostalom površinskom značajkom koja ne bi izgledala poput suzne forme koju je opazila misija New Horizons.

"Navikli smo misliti o planetarnim sudarima kao izuzetno intenzivnim događajima gdje možete zanemariti detalje osim stvari poput energije, momentuma i gustoće. No, u dalekom Sunčevom sustavu, brzine su puno sporije, a čvrsti led je snažan, pa morate biti puno precizniji u svojim izračunima. Tu započinje zabava," kaže Erik Asphaug. Dva tima imaju dugu povijest suradnje, istražujući još od 2011. godine ideju planetarnih "fleka" za objašnjavanje, na primjer, značajki na udaljenoj strani Mjeseca. Nakon našeg Mjeseca i Plutona, tim sa Sveučilišta u Bernu planira istražiti slične scenarije za druge tijela vanjskog Sunčevog sustava poput Plutonu sličnog patuljastog planeta Haumea.

Nema podzemnog oceana na Plutonu Trenutna studija također baca novo svjetlo na unutarnju strukturu Plutona. Zapravo, veliki udar poput simuliranog vjerojatno se dogodio vrlo rano u povijesti Plutona. Međutim, to stvara problem: očekuje se da će velika depresija poput Sputnik Planitije s vremenom polako migrirati prema polu patuljastog planeta zbog zakona fizike, budući da ima manjak mase. No, paradoksalno se nalazi blizu ekvatora. Prethodno teoretsko objašnjenje bilo je da Pluton, poput nekoliko drugih planetarnih tijela u vanjskom Sunčevom sustavu, ima podzemni ocean tekuće vode. Prema tom prethodnom objašnjenju, Plutonova ledena kora bila bi tanja u regiji Sputnik Planitije, uzrokujući da se ocean ispupči tamo, a budući da je tekuća voda gušća od leda, došlo bi do viška mase koji potiče migraciju prema ekvatoru.

Međutim, nova studija nudi alternativnu perspektivu. "U našim simulacijama, sav Plutonov primitivni plašt je iskopan udarom, a kako jezgra udarača udara na Plutonovu jezgru, stvara se lokalni višak mase koji može objasniti migraciju prema ekvatoru bez podzemnog oceana, ili najviše vrlo tankog," objašnjava Martin Jutzi. Dr. Adeene Denton sa Sveučilišta u Arizoni, također suautor studije, trenutno provodi novi istraživački projekt za procjenu brzine ove migracije. "Ovo novo i inovativno porijeklo Plutonove srčane značajke može dovesti do boljeg razumijevanja porijekla Plutona," zaključuje.

Izvor: University of Bern