Hoe Pluto en Charon een bizarre dubbelplaneet werden
Op 14 juli 2015 schreef de New Horizons-ruimtesonde geschiedenis door de eerste scheervlucht langs Pluto en zijn grootste maan, Charon, te voltooien. De verbluffende beelden die deze missie van deze ijzige werelden maakte hebben wetenschappers geholpen bij het beantwoorden van enkele van de belangrijkste vragen over Pluto en zijn enorme maan, die al tientallen jaren in mysterie zijn gehuld (vanwege hun grote afstand tot de Aarde). Een van de grootste mysteries waar wetenschappers over hebben nagedacht sinds de ontdekking van Charon in 1978, is hoe de maan samenkwam met Pluto.
Decennialang vermoedden astronomen dat Pluto en Charon ontstonden via een proces dat vergelijkbaar was met dat van de Aarde en de Maan. Deze theorie, bekend als de Grote Inslaghypothese, stelt dat ongeveer 4,5 miljard jaar geleden de oer-aarde werd getroffen door een object ter grootte van Mars, Theia genaamd. In een nieuw onderzoek betwistte een team van onderzoekers van de universiteit van Arizona deze aanname en stelde een alternatieve theorie voor die bekendstaat als “kiss and capture”. Hun bevindingen kunnen wetenschappers helpen beter te begrijpen hoe planetaire objecten in het buitenste zonnestelsel ontstaan en evolueren.
Het onderzoek werd geleid door Adeene Denton, een NASA postdoctoraal onderzoeker aan het Lunar and Planetary Laboratory van de universiteit van Arizona en het Southwest Research Institute. Ze werd vergezeld door Erik Aspaugh, professor planetaire wetenschappen aan de School of Earth and Space Exploration en het Lunar and Planetary Laboratory aan de universiteit van Arizona; Robert Melikyan, een LPK-student en Alexandre Emsenhuber, een postdoctoraal onderzoeker van het Space Research and Planetary Science aan de universiteit van Bern. Het artikel waarin hun bevindingen worden beschreven, “Capture of an Ancient Charon around Pluto”, werd in het tijdschrift Nature Geoscience gepubliceerd.
Eerder dachten wetenschappers dat Pluto en Charon zijn ontstaan uit een enorme botsing, vergelijkbaar met de Grote Inslaghypothese. Volgens deze theorie botste ongeveer 4,5 miljard jaar geleden Theia, een object met de grootte van Mars, met de oer-aarde. deze inslag veranderde de beide objecten in gesmolten puin dat uiteindelijk weer samenklonterde tot de Aarde en de Maan. Volgens het onderzoek van het team wekt dit niet als het op Pluto en Charon aankomt en dat heeft te maken met de structurele sterkte van koude ijswerelden.
Met behulp van de high-performance computing cluster van de universiteit van Arizona voerde het team geavanceerde impactsimulaties uit. Hieruit bleek dat toen Pluto en een proto-Charon botsten, ze tijdelijk aan elkaar vast kwamen te zitten en één enkel sneeuwmanvormig object vormden – niet anders dan Arrokoth, het eerste Kuipergordel object dat New Horizons op 31 december 2018 onderzocht. Na verloop van tijd scheidden ze zich om het binaire systeem te vormen dat we daar vandaag de dag waarnemen.
Pluto en Charon zijn anders – ze zijn kleiner, kouder en bestaan voornamelijk uit ijs en gesteente. Als er rekening wordt gehouden met de structurele sterkte van deze materialen dan gebeurt er iets geheel onverwachts. De meeste planetaire botsingsscenario’s worden geclassificeerd als “hit and run” of “graze and merge”. Wat de onderzoekers ontdekten is iets heel anders – een “kiss and capture”-scenario waarbij de objecten botsen, kort aan elkaar plakken en dan weer uit elkaar gaan terwijl ze door zwaartekracht aan elkaar gebonden blijven.
Hun resultaten suggereren ook dat Pluto en Charon grotendeels intact bleven tijdens de botsing en veel van hun oorspronkelijke samenstelling behielden. Dit daagt eerdere modellen uit die suggereren dat botsnede objecten materiaal uitwisselen tijdens een inslag. Dit is gebaseerd op studies van de Apollo-maanrotsen, die aangaven dat de Aarde en de Maan een vergelijkbare samenstelling hebben, een bevinding die wetenschappers ertoe bracht te concluderen dat het aarde-maansysteem samen is ontstaan. Bovendien biedt hun onderzoek een mogelijke verklaring voor hoe Pluto mogelijk een interne oceaan heeft ontwikkeld.
Het botsingsproces, zo stellen de onderzoekers, gecombineerd met de getijdenwrijving die werd veroorzaakt door de scheiding van Pluto en Charon, zou aanzienlijke interne verhitting voor beide objecten hebben veroorzaakt. Dit zou het noodzakelijke mechanisme kunnen zijn geweest voor het creëren van een ondergrondse oceaan, in tegenstelling tot een eerdere theorie waarin wetenschappers hebben beweerd dat Pluto werd gevormd tijdens het vroege zonnestelsel toen er veel meer radioactieve elementen waren. Wetenschappers hebben echter twijfels geuit over deze theorie vanwege de timingbeperkingen die het oplegt.
Denton en haar collega’s plannen nu vervolgstudies om verschillende gerelateerde vragen over dit systeem van ijzige objecten te onderzoeken. Dit omvat hoe getijdenkrachten de vroege evolutie van Pluto en Charon beïnvloedden toen ze veel dichter bij elkaar lagen, hoe dit formatiescenario aansluit bij de huidige geologische kenmerken van Pluto en of soortgelijke processen het ontstaan van andere binaire systemen zouden kunnen verklaren.
De onderzoekers zijn vooral geïnteresseerd in het begrijpen van hoe deze initiële configuratie de geologische evolutie van Pluto beïnvloedt. De hitte van de impact en daaropvolgende getijdenkrachten zouden een cruciale rol kunnen hebben gespeeld bij het ontstaan van de kenmerken die we vandaag de dag op het oppervlak van Pluto zien.
Eerste publicatie: 8 januari 2025
Bron: universe today
