O objeto transnetuniano Arrokoth, também conhecido como Ultima Thule, que a sonda espacial New Horizons da NASA passou no dia de ano novo de 2019, pode ter mudado sua forma significativamente nos primeiros 100 milhões de anos desde sua formação. Na edição de hoje da revista Astronomia da Natureza , pesquisadores liderados pela Academia Chinesa de Ciências e pelo Instituto Max Planck para Pesquisa do Sistema Solar (MPS) sugerem que a forma atual de Arrokoth, que se assemelha a um boneco de neve achatado, pode ser de origem evolutiva devido à liberação de gases voláteis. Seus cálculos ajudam a entender o que o estado atual dos corpos da borda do Sistema Solar pode nos ensinar sobre suas propriedades originais.

Os muitos milhões de corpos que povoam o Cinturão de Kuiper além da órbita de Netuno ainda não revelaram muitos de seus segredos. Nos anos 1980, as sondas espaciais Pioneer 1 e 2, bem como Voyager 1 e 2 cruzaram esta região, mas sem câmeras a bordo. A nave New Horizons da NASA enviou as primeiras imagens da borda mais externa do sistema solar para a Terra:no verão de 2015 do planeta anão Plutão e três anos e meio depois do objeto transnetuniano Arrokoth, cerca de 30 quilômetros de tamanho. Ainda não oficialmente nomeado, o corpo foi apelidado de Ultima Thule na época, em referência ao ponto de terra mais ao norte da Terra. Afinal, o objeto transnetuniano é o corpo mais distante do Sol que já foi visitado e fotografado por uma sonda feita pelo homem.

Especialmente a forma estranha de Arrokoth causou sensação nos dias após o sobrevoo. O corpo é um binário de contato, acredita-se ser o resultado da fusão em baixa velocidade de dois corpos separados que se formaram juntos. É composto por dois lobos conectados, dos quais o menor é ligeiramente achatado, o maior fortemente, criando a impressão de um boneco de neve esmagado. Em sua publicação atual, os pesquisadores da China, Alemanha, e os EUA investigam como essa forma surgiu. Uma forma pronunciada de dois lóbulos também é conhecida por alguns cometas. Contudo, não há nenhum outro corpo conhecido que seja tão plano quanto Arrokoth. Arrokoth já se parecia com isso quando foi criado? Ou sua forma se desenvolveu gradualmente?

"Gostamos de pensar no Cinturão de Kuiper como uma região onde o tempo parou mais ou menos desde o nascimento do Sistema Solar, "explica Ladislav Rezac da MPS, um dos dois primeiros autores da publicação atual. Mais de quatro bilhões de quilômetros de distância do Sol, os corpos do Cinturão Kuiper permaneceram congelados e inalterados, assim é a crença comum. As imagens de Arrokoth da New Horizon desafiam essa ideia por sua superfície aparentemente lisa, sem sinais de eventos freqüentes de crateras e por sua peculiaridade, forma achatada. Os cientistas presumem que o Sistema Solar foi formado há 4,6 bilhões de anos a partir de um disco de poeira:as partículas dessa nebulosa aglomeraram-se em aglomerados cada vez maiores; esses aglomerados colidiram e se fundiram em corpos ainda maiores. "Ainda não há explicação de como um corpo tão plano como Arrokoth poderia emergir desse processo, "diz Rezac.

Outra possibilidade seria que Arrokoth tivesse uma forma mais comum para começar. Pode ter começado como uma fusão entre um corpo esférico e um oblato no momento de sua criação e só gradualmente se tornou achatado. Estudos anteriores sugerem que durante a formação do Sistema Solar, a região onde Arrrokoth está localizado poderia ter sido um ambiente distinto no frio, plano intermediário com sombra de poeira da nebulosa externa. As baixas temperaturas permitiram que materiais voláteis, como monóxido de carbono e metano, congelassem em grãos de poeira e formassem planetesimais. Quando a poeira nebular se dissipou após a formação de Arrokoth, a iluminação solar teria aumentado sua temperatura e, portanto, eliminado rapidamente os voláteis condensados. A forma estranha de Arrokoth seria então um resultado natural devido a uma combinação favorável de sua grande obliquidade, pequena excentricidade e variação da taxa de perda de massa com o fluxo solar, resultando em erosão quase simétrica entre os hemisférios norte e sul.

"Para um corpo mudar sua forma tão radicalmente quanto Arrokoth, seu eixo de rotação precisa ser orientado de uma maneira especial, "Rezac explica. Ao contrário do eixo de rotação da Terra, O de Arrokoth é quase paralelo ao plano orbital. Durante sua órbita de 298 anos em torno do Sol, uma região polar de Arrokoth está voltada para o Sol continuamente por quase metade do tempo, enquanto a outra está voltada para o lado oposto. As regiões do equador e latitudes mais baixas são dominadas por variações diurnas durante todo o ano. "Isso faz com que os postes esquentem mais, de modo que gases congelados escapem de lá de forma mais eficiente, resultando em uma forte perda de massa, " says Yuhui Zhao from the Purple Mountain Observatory of the Chinese Academy of Sciences. The flattening process most likely occurred early in the evolution history of the body and proceeded rather quickly on a timescale of about one to 100 million years during the presence of super volatile ices in the near subsurface layers. In addition, the scientists self-consistently demonstrated that the induced torques would play a negligible role in the planetesimal's spin state change during the mass loss phase.

"How many of such 'flattened snowman' bodies are in the Kuiper Belt depends primarily on the probability of a body having a spin-axis inclination similar to Arrokoth's and on the amount of super-volatile ices present near its subsurface, " Rezac says. There are reasons to believe that even objects like Arrokoth had considerable amounts of super-volatiles that have escaped during its early evolution. For instance, Pluto, due to its size and stronger gravity retains carbon monoxide, nitrogen and methane gasses even today. In the case of smaller bodies, these volatiles would long have escaped into space.