El misterio de cómo Plutón obtuvo una característica gigante en forma de corazón en su superficie finalmente ha sido resuelto por un equipo internacional de astrofísicos dirigido por la 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 y lento de ángulo oblicuo.
Desde que las cámaras de la misión New Horizons de la NASA descubrieron una gran estructura en forma de corazón en la superficie del planeta enano Plutón en 2015, este "corazón" ha desconcertado a los científicos debido a su forma única, composición geológica y elevación. 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 Sputnik Planitia: una colisión con un cuerpo planetario de poco más de 400 millas de diámetro, aproximadamente del tamaño de Arizona de norte a sur. Los hallazgos del equipo, publicados en Nature Astronomy, también sugieren que la estructura interna de Plutón es diferente de lo que se suponía anteriormente, lo que indica que no hay océano subterráneo.
"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 Lunar y Planetario de la Universidad de Arizona y coautora del artículo. "Al expandir nuestra investigación para incluir escenarios de formación más inusuales, hemos aprendido algunas posibilidades totalmente nuevas para la evolución de Plutón, que también podrían aplicarse a otros objetos del Cinturón de Kuiper".
Plutón: un corazón dividido
El "corazón", también conocido como el Tombaugh Regio, capturó la atención del público inmediatamente después de su descubrimiento. Pero también captó 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 compuesto por un solo elemento. Sputnik Planitia cubre un área de aproximadamente 750 por 1.250 millas, equivalente a una cuarta parte de Europa o Estados Unidos. Lo que es sorprendente, sin embargo, es que esta región es aproximadamente 2,5 millas más baja en elevación que la mayor parte de la superficie de Plutón.
"Si bien la gran mayoría de la superficie de Plutón consiste en hielo de metano y sus derivados que cubren una corteza de hielo de agua, la Planitia está predominantemente llena 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 Sputnik Planitia.
Un impacto oblicuo
La forma alargada de Sputnik Planitia y su ubicación en el ecuador sugieren fuertemente que el impacto no fue una colisión frontal directa, sino oblicua, según Martin Jutzi, de la Universidad de Berna, quien inició el estudio. Al igual que varios otros en todo el mundo, el equipo utilizó el software de simulación de hidrodinámica de partículas suavizadas para recrear digitalmente dichos impactos, variando tanto la composición de Plutón y su impactador, 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 del núcleo y la velocidad relativamente baja fueron clave para el éxito de estas simulaciones: una resistencia más baja daría como resultado una característica de superficie sobrante muy simétrica que no se parece a la forma de lágrima observada por la sonda 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 por cosas como la energía, el momento y la densidad", dijo el profesor del Laboratorio Lunar y Planetario y coautor del estudio, Erik Asphaug, cuyo equipo ha colaborado con sus colegas suizos desde 2011, explorando la idea de las "salpicaduras" planetarias para explicar, por ejemplo, en la cara oculta de la luna de la Tierra. "En el sistema solar distante, las velocidades son mucho más lentas que más cerca del Sol, y el hielo sólido es fuerte, por lo que hay que ser mucho más preciso en los cálculos. Ahí es donde comienza la diversión".
No hay océano subterráneo en Plutón
El estudio actual 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 durante tiempos más recientes. Sin embargo, esto plantea un problema: se espera que una depresión gigante como Sputnik Planitia se desplace lentamente hacia el polo del planeta enano con el tiempo debido a las leyes de la física, ya que es menos masiva que su entorno. Sin embargo, ha permanecido cerca del ecuador. La explicación teórica anterior invocaba un océano de agua líquida subsuperficial, 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 de Sputnik Planitia, lo que provocaría que el océano se hinchara hacia arriba, y dado que el agua líquida es más densa que el hielo, provocaría un excedente de masa que indujera 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 derrama sobre el núcleo de Plutón, crea un exceso de masa local que puede explicar la migración hacia el ecuador sin un océano subterráneo, o a lo sumo uno muy delgado.
Denton, que ya se ha embarcado en un proyecto de investigación para estimar la velocidad de esta migración, dijo que esta novedosa y creativa hipótesis del origen de la característica en forma de corazón de Plutón puede conducir a una mejor comprensión del origen del planeta enano.
Referencia: "Sputnik Planitia como remanente 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, Nature Astronomy.