Astrofísicos resolvem mistério da característica em forma de coração na superfície de Plutão
Crédito:NASA/Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins/Southwest Research Institute/Alex Parker O mistério de como Plutão obteve uma forma gigante em forma de coração na sua superfície foi finalmente resolvido por uma equipa internacional de astrofísicos liderada pela Universidade de Berna e membros do Centro Nacional de Competência em Investigação (NCCR) PlanetS. A equipe é a primeira a reproduzir com sucesso a forma incomum com simulações numéricas, atribuindo-a a um impacto gigante e lento de ângulo oblíquo.
Desde que as câmaras da missão New Horizons da NASA descobriram uma grande estrutura em forma de coração na superfície do planeta anão Plutão em 2015, este “coração” tem intrigado os cientistas devido à sua forma única, composição geológica e elevação. Uma equipe de cientistas da Universidade de Berna, incluindo vários membros do NCCR PlanetS, e da Universidade do Arizona em Tucson, usaram simulações numéricas para investigar as origens do Sputnik Planitia, a parte ocidental em forma de lágrima da superfície do coração de Plutão.
De acordo com a sua investigação, o início da história de Plutão foi marcado por um evento cataclísmico que formou o Sputnik Planitia:uma colisão com um corpo planetário com cerca de 700 km de diâmetro, aproximadamente o dobro do tamanho da Suíça, de leste a oeste. As descobertas da equipe, publicadas recentemente na Nature Astronomy , também sugerem que a estrutura interna de Plutão é diferente do que se supunha anteriormente, indicando que não existe oceano subterrâneo.
Um coração dividido
O coração, também conhecido como Tombaugh Regio, chamou a atenção do público imediatamente após a sua descoberta. Mas também despertou imediatamente o interesse dos cientistas porque está coberto por um material de alto albedo que reflete mais luz do que o seu entorno, criando a sua cor mais branca.
Porém, o coração não é composto por um único elemento. O Sputnik Planitia (a parte ocidental) cobre uma área de 1.200 por 2.000 quilômetros, o que equivale a um quarto da Europa ou dos Estados Unidos. O que é surpreendente, no entanto, é que esta região tem uma altitude três a quatro quilómetros mais baixa do que a maior parte da superfície de Plutão.
“A aparência brilhante do Sputnik Planitia se deve ao fato de ele ser predominantemente preenchido com gelo de nitrogênio branco que se move e faz convecção para suavizar constantemente a superfície. Esse nitrogênio provavelmente se acumulou rapidamente após o impacto devido à menor altitude”, explica o Dr. da Universidade de Berna, principal autor do estudo.
A parte oriental do coração também é coberta por uma camada semelhante, mas muito mais fina, de gelo de nitrogênio, cuja origem ainda não é clara para os cientistas, mas provavelmente está relacionada ao Sputnik Planitia.
Representação artística do enorme e lento impacto em Plutão que originou a estrutura em forma de coração na sua superfície. Crédito:Universidade de Berna, Ilustração:Thibaut Roger
Um impacto oblíquo
“A forma alongada do Sputnik Planitia sugere fortemente que o impacto não foi uma colisão frontal direta, mas sim oblíqua”, salienta o Dr. Martin Jutzi, da Universidade de Berna, que iniciou o estudo.
Assim, a equipa, como vários outros em todo o mundo, utilizou o seu software de simulação Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) para recriar digitalmente tais impactos, variando tanto a composição de Plutão e do seu impactor, como a velocidade e o ângulo do impactor. Estas simulações confirmaram as suspeitas dos cientistas sobre o ângulo oblíquo de impacto e determinaram a composição do impactador.
"O núcleo de Plutão é tão frio que as rochas permaneceram muito duras e não derreteram apesar do calor do impacto, e graças ao ângulo de impacto e à baixa velocidade, o núcleo do impactor não afundou no núcleo de Plutão, mas permaneceu intacto como um respingo", explica Ballantyne.
"Em algum lugar abaixo do Sputnik está o núcleo remanescente de outro corpo massivo, que Plutão nunca digeriu", acrescenta o co-autor Erik Asphaug, da Universidade do Arizona. Esta resistência do núcleo e velocidade relativamente baixa foram fundamentais para o sucesso destas simulações:uma resistência inferior resultaria numa característica de superfície residual muito simétrica que não se parece com a forma de lágrima observada pela New Horizons.
"Estamos acostumados a pensar nas colisões planetárias como eventos incrivelmente intensos onde você pode ignorar os detalhes, exceto coisas como energia, momento e densidade. Mas no sistema solar distante, as velocidades são muito mais lentas e o gelo sólido é forte, então você tem que ser muito mais preciso em seus cálculos. É aí que começa a diversão", diz Asphaug.
As duas equipes têm um longo histórico de colaborações, explorando desde 2011 a ideia de “splats” planetários para explicar, por exemplo, características do outro lado da lua. Depois da nossa lua e de Plutão, a equipa da Universidade de Berna planeia explorar cenários semelhantes para outros corpos exteriores do sistema solar, como o planeta anão semelhante a Plutão, Haumea.
Não há oceano subterrâneo em Plutão
O presente estudo também lança nova luz sobre a estrutura interna de Plutão. Na verdade, é muito mais provável que um impacto gigante como o simulado tenha ocorrido muito cedo na história de Plutão. No entanto, isto representa um problema:espera-se que uma depressão gigante como a Sputnik Planitia se mova lentamente em direção ao pólo do planeta anão ao longo do tempo devido às leis da física, uma vez que tem um défice de massa. No entanto, está paradoxalmente perto do equador.
A explicação teorizada anteriormente era que Plutão, como vários outros corpos planetários no sistema solar exterior, tem um oceano subterrâneo de água líquida. De acordo com esta explicação anterior, a crosta gelada de Plutão seria mais fina na região do Sputnik Planitia, fazendo com que o oceano se inflasse ali, e como a água líquida é mais densa que o gelo, acabaríamos com um excedente de massa que induziria a migração em direção ao equador.
No entanto, o novo estudo oferece uma perspectiva alternativa. "Nas nossas simulações, todo o manto primordial de Plutão é escavado pelo impacto, e à medida que o material do núcleo do impactador se espalha sobre o núcleo de Plutão, cria-se um excesso de massa local que pode explicar a migração em direção ao equador sem um oceano subterrâneo, ou no máximo um muito fino", explica Martin Jutzi.
Adeene Denton, da Universidade do Arizona, também coautora do estudo, está atualmente conduzindo um novo projeto de pesquisa para estimar a velocidade dessa migração. “Esta origem nova e inventiva da característica em forma de coração de Plutão pode levar a uma melhor compreensão da origem de Plutão”, conclui ela.
