La imagen de Plutón con la mayor resolución conocida hasta el momento (14 de julio de 2015) tomada por la misión New Horizons de la NASA, situándose a una distancia de 12.500 km del planeta enano, un acontecimiento calificado como «histórico» por los responsables de la misión. En esta imagen se puede observar la enorme forma del corazón en su superficie. Crédito de la imagen: University Applied Physics Laboratory / Southwest Research Institute
Un equipo de científicos es el primero en replicar con éxito la forma inusual utilizando simulaciones numéricas, atribuyéndola a un impacto de ángulo oblicuo gigante y lento.
Finalmente, el misterio de cómo Plutón adquirió una enorme forma de corazón en su superficie ha sido resuelto por un equipo internacional de astrofísicos liderado por la Universidad de Berna y miembros del Centro Nacional de Competencia en Investigación (NCCR) PlanetS. El equipo es el primero en replicar con éxito la forma inusual utilizando simulaciones numéricas, atribuyéndola a un impacto de ángulo oblicuo gigante y lento.
Desde que las cámaras de la misión New Horizons de la NASA descubrieron en 2015 una enorme estructura en forma de corazón en la superficie del planeta enano Plutón, los científicos se han sorprendido por su singular forma, su estructura geológica y su altitud. Un grupo de investigadores de la Universidad de Berna, incluyendo a varios miembros del NCCR PlanetS y de la Universidad de Arizona en Tuscon, han empleado simulaciones numéricas para estudiar el origen de Sputnik Planitia, la parte occidental en forma de lágrima de la característica superficial en forma de «corazón» de Plutón. De acuerdo con su investigación, la formación de Sputnik Planitia fue un evento cataclísmico que marcó la historia temprana de Plutón: una colisión con un objeto planetario de aproximadamente 700 km de diámetro, aproximadamente dos veces el tamaño de Suiza de este a oeste. El equipo ha descubierto que la estructura interna de Plutón es diferente de lo que se suponía anteriormente, lo que indica que no hay un océano subsuperficial, según los hallazgos publicados recientemente en Nature Astronomy.
El «corazón», también conocido como Tombaugh Regio, llamó la atención del público inmediatamente después de su descubrimiento. Pero también llamó la atención de los científicos de inmediato porque está recubierto de un material de alto contenido en albedo que refleja más luz que su entorno, lo que lo hace más blanco. Pero el «corazón» no está hecho de una sola cosa. La región occidental de Sputnik Planitia abarca una extensión de 1200 a 2000 kilómetros, lo que equivale a una cuarta parte de Europa o Estados Unidos. No obstante, lo sorprendente es que esta zona posee una altura que es de entre tres y cuatro kilómetros inferior a la mayoría de la superficie de Plutón.
La superficie de Sputnik Planitia se alisa constantemente debido al hielo de nitrógeno blanco que se mueve.
El autor principal del estudio, el Dr. Harry Ballantyne de la Universidad de Berna, afirma que, debido a su menor altitud, es probable que este nitrógeno se acumulara rápidamente después del impacto. La parte oriental del «corazón» también está cubierta por una capa de hielo nitrogenado similar, pero mucho más fina. Los científicos aún no han descubierto su origen, pero es posible que sea relacionado con Sputnik Planitia.
Impacto oblicuo.
El iniciador del estudio, el Dr. Martin Jutzi de la Universidad de Berna, señala que la forma tan alargada de Sputnik Planitia sugiere claramente que el impacto no fue una colisión frontal directa, sino más bien oblicua.
Por lo tanto, el equipo, al igual que muchos otros en todo el mundo, simuló digitalmente este tipo de impactos mediante el uso de su software de simulación de hidrodinámica de partículas suavizadas (Smoothed Particle Hydrodynamics – SPH). Para hacerlo, el equipo modificó tanto la composición de Plutón como la del cuerpo que lo impacto, así como la velocidad y el ángulo de este último. La composición del cuerpo que impacto a Plutón y las sospechas de los científicos sobre el ángulo oblicuo del impacto fueron confirmadas por estas simulaciones.
Harry Ballantyne explica que el núcleo de Plutón es tan frío que las rocas permanecieron muy duras y no se fundieron a pesar del calor del impacto. Además, gracias al ángulo y la baja velocidad del impacto, el núcleo del impactador no se hundió en el núcleo de Plutón, sino que permaneció intacto como una mancha sobre él.
El coautor Erik Asphaug de la Universidad de Arizona afirma que «en algún lugar bajo el Sputnik se encuentra el núcleo remanente de otro cuerpo masivo, que Plutón nunca llegó a digerir del todo».
El éxito de estas simulaciones dependió de la fuerza de este núcleo y su menor velocidad: una fuerza menor produciría un rasgo superficial sobrante muy simétrico que no se asemeja a la forma de lágrima de New Horizons. Las colisiones planetarias son consideradas como eventos extremadamente violentos en los que no se pueden ignorar los detalles, excepto la energía, el momento y la densidad. Pero los cálculos deben ser mucho más precisos en el Sistema Solar lejano porque las velocidades son mucho más lentas y hay mucho más hielo sólido. Erik Asphaug afirma que esto es donde comienza la diversión. Desde 2011, ambos equipos han estado trabajando juntos tratar de demostrar la idea de las «salpicaduras» planetarias para explicar las características de la cara oculta de la Luna. El equipo de la Universidad de Berna tiene la intención de explorar escenarios similares para otros cuerpos exteriores del Sistema Solar, como el planeta enano Haumea, que es similar a Plutón.
Plutón no tiene océanos bajo la superficie.
La investigación actual también ofrece información adicional sobre la estructura interna de Plutón. En realidad, es más probable que un impacto gigante como el simulado ocurriera desde el comienzo de la historia de Plutón. No obstante, esto presenta un desafío: debido a su déficit de masa, se espera que una depresión gigante como Sputnik Planitia se desplace gradualmente hacia el polo del planeta enano debido a las leyes de la física. No obstante, de manera irónica se ubica cerca del ecuador. La explicación teórica anterior sostenía que Plutón, al igual que otros cuerpos planetarios del Sistema Solar exterior, tiene un océano de agua líquida subsuperficial. De acuerdo con la explicación anterior, en la región de Sputnik Planitia, la corteza helada de Plutón sería más delgada, lo que provocaría que el océano se abultara, y debido a que el agua líquida es más densa que el hielo, el excedente de masa provocaría la migración hacia el ecuador.
Sin embargo, el reciente estudio ofrece una visión diferente. Martin Jutzi explica que, en nuestras simulaciones, el impacto rompe todo el manto primordial de Plutón, y a medida que el material del objeto que impacto, salpica el núcleo de Plutón, se crea un exceso de masa local que puede explicar la migración hacia el ecuador sin un océano subsuperficial, o al menos uno muy delgado.
La coautora del estudio, la Dra. Adeene Denton de la Universidad de Arizona, está realizando un nuevo proyecto de investigación para determinar la velocidad de esta migración. Concluye diciendo que una mejor comprensión del origen de Plutón puede resultar de este nuevo e inventado origen del corazón de Plutón.
REFERENCIAS
Sputnik Planitia as an impactor remnant indicative of an ancient rocky mascon in an oceanless Pluto. Harry A. Ballantyne, Erik Asphaug, C. Adeene Denton, Alexandre Emsenhuber & Martin Jutzi. Nature Astronomy: https://www.nature.com/articles/s41550-024-02248-1
