Representación artística del enorme y lento impacto sobre Plutón que creó la estructura en forma de corazón en su superficie. Crédito: Universidad de Berna, Thibaut Roger, editado

El misterio de cómo Plutón que tenía una estructura gigante en forma de corazón en su superficie fue finalmente resuelta por un equipo internacional de astrofísicos dirigido por Universidad de Berna y miembros del Centro Nacional de Competencia en Investigación (NCCR) PlanetS. El equipo es el primero en reproducir con éxito la forma inusual con simulaciones numéricas, atribuyéndola a un impacto gigante, de ángulo oblicuo y de movimiento lento.

Desde las cámaras NASALa misión New Horizons de la NASA descubrió una gran estructura en forma de corazón en la superficie del planeta enano Plutón en 2015. Este «corazón» ha intrigado a los científicos debido a su forma, composición geológica y elevación únicas. Científicos de la Universidad de Berna en Suiza y la Universidad de Arizona utilizaron simulaciones numéricas para investigar los orígenes de Sputnik Planitia, la parte occidental en forma de lágrima de la superficie del corazón de Plutón.

Según su investigación, la historia temprana de Plutón estuvo marcada por un evento cataclísmico que formó el Sputnik Planitia: una colisión con un cuerpo planetario de poco más de 400 millas de diámetro, aproximadamente el tamaño de Arizona de norte a sur. Los hallazgos del equipo, publicados en Naturaleza AstronomíaTambién sugieren que la estructura interna de Plutón es diferente de lo que se suponía anteriormente, lo que indica que no existe un océano bajo la superficie.

«La formación de Sputnik Planitia proporciona una ventana crítica a los primeros períodos de la historia de Plutón», dijo Adeene Denton, científica planetaria del Laboratorio Planetario y Lunar de la Universidad de Arizona, coautora del artículo. “Al ampliar nuestra investigación para incluir escenarios de formación más inusuales, aprendimos algunas posibilidades completamente nuevas para la evolución de Plutón que podrían aplicarse a otros cinturón de Kuiper objetos también”.

Vista de Plutón tomada por la sonda espacial New Horizons de la NASA el 14 de julio de 2015. Crédito: NASA/Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins/Instituto de Investigación del Suroeste

un corazón dividido

El “corazón”, también conocido como Tombaugh Regio, llamó la atención del público inmediatamente después de su descubrimiento. Pero también despertó inmediatamente el interés de los científicos porque está cubierto de un material de alto albedo que refleja más luz que su entorno, creando su color más blanco. Sin embargo, el corazón no está formado por un único elemento. Sputnik Planitia cubre un área de aproximadamente 750 por 1250 millas, equivalente a una cuarta parte de Europa o Estados Unidos. Lo sorprendente, sin embargo, es que esta región está unos 4 km por debajo de la altitud de la mayor parte de la superficie de Plutón.

«Aunque la gran mayoría de la superficie de Plutón está formada por hielo de metano y sus derivados que cubren una corteza de hielo de agua, Planitia está llena predominantemente de hielo de nitrógeno, que probablemente se acumuló rápidamente después del impacto debido a la menor altitud», dijo el autor principal. Del estudio, Harry Ballantyne, investigador asociado en Berna. La parte oriental del corazón también está cubierta por una capa similar pero mucho más delgada de hielo de nitrógeno, cuyo origen aún no está claro para los científicos, pero probablemente esté relacionado con el Sputnik Planitia.

Un impacto oblicuo

La forma alargada del Sputnik Planitia y su ubicación en el ecuador sugieren fuertemente que el impacto no fue una colisión frontal directa, sino más bien oblicua, según Martin Jutzi de la Universidad de Berna, quien inició el estudio. Como muchos otros en todo el mundo, el equipo utilizó el software de simulación Smoothed Particle Hydrodynamics para recrear digitalmente tales impactos, variando tanto la composición de Plutón como su impactador, así como la velocidad y el ángulo del impactador. Estas simulaciones confirmaron las sospechas de los científicos sobre el ángulo oblicuo del impacto y determinaron la composición del impactador.

“El núcleo de Plutón es tan frío que las rocas permanecieron muy duras y no se derritieron a pesar del calor del impacto, y gracias al ángulo de impacto y la baja velocidad, el núcleo del impactador no se hundió en el núcleo de Plutón, sino que permaneció intacto como una salpicadura en él”, dijo Ballantyne. Esta fuerza central y una velocidad relativamente baja fueron fundamentales para el éxito de estas simulaciones: una fuerza menor daría como resultado una característica superficial residual muy simétrica que no se parece a la forma de lágrima observada por la nave espacial New Horizons de la NASA durante su sobrevuelo de Plutón en 2015.

«Estamos acostumbrados a pensar en las colisiones planetarias como eventos increíblemente intensos en los que se pueden ignorar los detalles excepto cosas como la energía, el impulso y la densidad», dijo el profesor del Laboratorio Lunar y Planetario y coautor del estudio Erik Asphaug, cuyo equipo colaboró ​​con sus colegas suizos. Desde 2011, explora la idea de “splats” planetarios para explicar, por ejemplo, características en la cara oculta de la Luna desde la Tierra. “En el sistema solar distante, las velocidades son mucho más lentas que cerca del Sol, y el hielo sólido es fuerte, por lo que es necesario ser mucho más preciso en los cálculos. Ahí es donde comienza la diversión”.

No hay ningún océano subterráneo en Plutón

El presente estudio también arroja nueva luz sobre la estructura interna de Plutón. De hecho, es mucho más probable que un impacto gigante como el simulado haya ocurrido muy temprano en la historia de Plutón que en tiempos más recientes. Sin embargo, esto plantea un problema: se espera que una depresión gigante como Sputnik Planitia se mueva lentamente con el tiempo hacia el polo del planeta enano debido a las leyes de la física, ya que es menos masivo que su entorno. Sin embargo, permaneció cerca del ecuador. La explicación teorizada anterior invocaba un océano subterráneo de agua líquida, similar a varios otros cuerpos planetarios en el sistema solar exterior. Según esta hipótesis, la corteza helada de Plutón sería más delgada en la región del Sputnik Planitia, provocando que el océano se proyecte hacia arriba, y como el agua líquida es más densa que el hielo, provoca un excedente de masa que induce la migración hacia el ecuador.

El nuevo estudio ofrece una perspectiva alternativa, según los autores, apuntando a simulaciones en las que todo el manto primordial de Plutón es excavado por el impacto y, a medida que el material del núcleo del impactador se extiende sobre el núcleo de Plutón, crea un exceso de masa local que puede explicar la Migración hacia el ecuador sin océano subsuperficial, o como mucho muy delgado.

Denton, que ya ha iniciado un proyecto de investigación para estimar la velocidad de esta migración, afirmó que esta nueva y creativa hipótesis sobre el origen de la estructura en forma de corazón de Plutón podría conducir a una mejor comprensión del origen del planeta enano.

Referencia: “Sputnik Planitia como remanente de impactador indicativo de un antiguo mascón rocoso en un Plutón sin océano” por Harry A. Ballantyne, Erik Asphaug, C. Adeene Denton, Alexandre Emsenhuber y Martin Jutzi, 15 de abril de 2024, Naturaleza Astronomía.
DOI: 10.1038/s41550-024-02248-1