Plüton’un yüzeyindeki kalp şeklindeki yapıya yol açan devasa ve yavaş çarpışmanın sanatsal temsili. Katkıda bulunanlar: Bern Üniversitesi, Thibaut Roger, düzenlendi
Nasıl olduğunun gizemi Plüton Yüzeyinde dev bir kalp şeklinde bir özellik bulunan bu sorun, sonunda, liderliğindeki uluslararası bir astrofizikçi ekibi tarafından çözüldü. Bern Üniversitesi ve Ulusal Araştırma Yeterlilik Merkezi (NCCR) PlanetS üyeleri. Ekip, olağandışı şekli sayısal simülasyonlarla başarılı bir şekilde yeniden üreten ilk kişi oldu ve bunu devasa ve yavaş bir eğik açılı darbeye bağladı.
Kameralar o zamandan beri NASANew Horizons misyonu, 2015 yılında cüce gezegen Plüton’un yüzeyinde kalp şeklinde büyük bir yapı keşfetti; bu “kalp”, benzersiz şekli, jeolojik bileşimi ve yüksekliği nedeniyle bilim adamlarını şaşırttı. İsviçre’deki Bern Üniversitesi ve Arizona Üniversitesi’nden bilim insanları, Plüton’un kalp yüzeyi özelliğinin batı gözyaşı damlası şeklindeki kısmı olan Sputnik Planitia’nın kökenlerini araştırmak için sayısal simülasyonlar kullandılar.
Araştırmalarına göre, Plüton’un erken tarihi, Sputnik Planitia’yı oluşturan dehşet verici bir olayla işaretlenmişti: çapı 400 milden biraz fazla, kuzeyden güneye kabaca Arizona büyüklüğünde bir gezegen gövdesiyle çarpışma. Ekibin bulguları, şu tarihte yayınlandı: Doğa Astronomiayrıca Plüton’un iç yapısının daha önce varsayılandan farklı olduğunu öne sürüyor ve bu da yüzey altı okyanusunun olmadığını gösteriyor.
Makalenin ortak yazarlarından UArizona Ay ve Gezegen Laboratuvarı’nda gezegen bilimci olan Adeene Denton, “Sputnik Planitia’nın oluşumu Plüton tarihinin en erken dönemlerine kritik bir pencere açıyor” dedi. “Araştırmamızı daha sıra dışı oluşum senaryolarını içerecek şekilde genişleterek, Plüton’un evrimi için diğerlerine de uygulanabilecek tamamen yeni bazı olasılıklar öğrendik.” Kuiper Kuşağı nesneler de var.”
Plüton’un NASA’nın New Horizons uzay sondası tarafından 14 Temmuz 2015’te çekilen görüntüsü. Kredi: NASA/Johns Hopkins Üniversitesi Uygulamalı Fizik Laboratuvarı/Güneybatı Araştırma Enstitüsü
Bölünmüş Bir Kalp
Tombaugh Regio olarak da bilinen “kalp”, keşfinden hemen sonra halkın dikkatini çekti. Ancak aynı zamanda çevresine göre daha fazla ışık yansıtan ve daha beyaz rengini oluşturan yüksek albedolu bir malzemeyle kaplandığı için bilim adamlarının da hemen ilgisini çekti. Ancak kalp tek bir elementten oluşmaz. Sputnik Planitia, Avrupa veya Amerika Birleşik Devletleri’nin dörtte birine eşdeğer olan yaklaşık 750 x 1.250 mil’lik bir alanı kapsıyor. Ancak dikkat çekici olan şey, bu bölgenin yüksekliğinin Plüton’un yüzeyinin çoğundan kabaca 4,5 mil daha alçak olmasıdır.
Baş yazar, “Plüton’un yüzeyinin büyük çoğunluğu metan buzundan ve su buzu kabuğunu kaplayan türevlerinden oluşsa da, Planitia ağırlıklı olarak nitrojen buzuyla doludur ve bu büyük olasılıkla çarpışmadan sonra düşük rakım nedeniyle hızla birikmiştir” dedi. Araştırmanın yazarı Bern’de araştırma görevlisi olan Harry Ballantyne’dir. Kalbin doğu kısmı da benzer fakat çok daha ince bir nitrojen buzu tabakasıyla kaplıdır; bu tabakanın kökeni bilim insanları için hâlâ belirsizdir ancak muhtemelen Sputnik Planitia ile ilgilidir.
Eğik Bir Etki
Çalışmayı başlatan Bern Üniversitesi’nden Martin Jutzi’ye göre, Sputnik Planitia’nın uzatılmış şekli ve ekvatordaki konumu, çarpışmanın doğrudan kafa kafaya değil, eğik bir çarpışma olduğunu kuvvetle akla getiriyor. Dünya çapındaki diğer birçok kişi gibi ekip de bu tür etkileri dijital olarak yeniden oluşturmak için Plüton’un ve çarpma tertibatının bileşiminin yanı sıra çarpma tertibatının hızını ve açısını değiştirerek Düzleştirilmiş Parçacık Hidrodinamiği simülasyon yazılımını kullandı. Bu simülasyonlar, bilim adamlarının çarpmanın eğik açısı hakkındaki şüphelerini doğruladı ve çarpma tertibatının bileşimini belirledi.
“Plüton’un çekirdeği o kadar soğuk ki kayalar çok sert kaldı ve çarpmanın sıcaklığına rağmen erimedi, çarpma açısı ve düşük hız sayesinde çarpma tertibatının çekirdeği Plüton’un çekirdeğine batmadı, sağlam kaldı. Ballantyne, bunun üzerine bir uyarı olarak “dedi. Bu çekirdek gücü ve nispeten düşük hız, bu simülasyonların başarısının anahtarıydı: Daha düşük güç, NASA’nın Yeni Ufuklar sondasının 2015’te Plüton’un yanından geçişi sırasında gözlemlediği gözyaşı damlası şekline benzemeyen, çok simetrik bir kalan yüzey özelliği ile sonuçlanacaktır. .
Ay ve Gezegen Laboratuvarı profesörü ve ekibiyle işbirliği yapan çalışma yazarı Erik Asphaug, “Gezegen çarpışmalarını, enerji, momentum ve yoğunluk gibi şeyler dışındaki ayrıntıları göz ardı edebileceğiniz inanılmaz derecede yoğun olaylar olarak düşünmeye alışkınız” dedi. 2011’den bu yana İsviçreli meslektaşları, örneğin Dünya’nın ayının uzak tarafındaki özellikleri açıklamak için gezegensel “uyarılar” fikrini araştırıyorlar. “Uzak güneş sisteminde hızlar, güneşe yakın olanlara göre çok daha yavaştır ve katı buz güçlüdür, dolayısıyla hesaplamalarınızda çok daha hassas olmanız gerekir. Eğlencenin başladığı yer burası.”
Plüton’da Yeraltı Okyanusu Yok
Mevcut çalışma Plüton’un iç yapısına da yeni bir ışık tutuyor. Aslına bakılırsa, simüle edilene benzer devasa bir çarpışmanın, Plüton’un tarihinin çok erken bir döneminde gerçekleşmiş olma ihtimali, yakın zamanlara kıyasla çok daha yüksek. Ancak bu durum bir sorun teşkil ediyor: Sputnik Planitia gibi dev bir çöküntünün, çevresine göre daha az kütleye sahip olması nedeniyle fizik kanunları nedeniyle zamanla cüce gezegenin kutbuna doğru yavaş yavaş sürüklenmesi bekleniyor. Ancak ekvatora yakın kalmıştır. Önceki teorik açıklama, dış güneş sistemindeki diğer bazı gezegen cisimlerine benzer şekilde, yüzey altı sıvı su okyanusunu öne sürüyordu. Bu hipoteze göre Plüton’un buzlu kabuğunun Sputnik Planitia bölgesinde daha ince olması okyanusun yukarı doğru şişmesine neden olacak ve sıvı su buzdan daha yoğun olduğu için kütle fazlalığına neden olacak ve bu da ekvatora doğru göçü tetikleyecektir.
Yeni çalışma, yazarlara göre, Plüton’un ilkel mantosunun tamamının çarpışma nedeniyle kazıldığı ve çarpma aracının çekirdek malzemesinin Plüton’un çekirdeğine sıçradığı simülasyonlara işaret ederek alternatif bir bakış açısı sunuyor. Yeraltı okyanusu olmadan veya en fazla çok ince bir okyanus olmadan ekvator’a doğru göç.
Bu göçün hızını tahmin etmek için halihazırda bir araştırma projesine başlayan Denton, Plüton’un kalp şeklindeki özelliğine yönelik bu yeni ve yaratıcı köken hipotezinin, cüce gezegenin kökeninin daha iyi anlaşılmasına yol açabileceğini söyledi.
Referans: Harry A. Ballantyne, Erik Asphaug, C. Adeene Denton, Alexandre Emsenhuber ve Martin Jutzi, 15 Nisan 2024, “Okyanussuz bir Plüton’daki eski kayalık bir maskonun göstergesi olarak çarpma cihazı kalıntısı olarak Sputnik Planitia”, Doğa Astronomi.
DOI: 10.1038/s41550-024-02248-1