Un modelo desarrollado en la Facultad de Física del Technion, en colaboración con científicos alemanes en Tübingen, explica las propiedades únicas de Arrokoth, el objeto más distante jamás fotografiado en el sistema solar. Los resultados del equipo de investigación arrojan nueva luz sobre la formación de objetos del Cinturón de Kuiper, objetos parecidos a asteroides en el borde del sistema solar, y para comprender las primeras etapas de la formación del sistema solar.

Los resultados, publicado en Naturaleza , explicar las características únicas de "el muñeco de nieve, "conocido formalmente como Arrokoth, y las fotografías fueron tomadas por primera vez el año pasado por la misión espacial New Horizons de la NASA.

La historia comienza en 2006 cuando se envió la nave espacial robótica New Horizons para tomar las primeras imágenes de primer plano de Plutón y estudiar sus características y terreno. Después del lanzamiento, New Horizons fijó su trayectoria hacia Plutón, iniciando un largo viaje de unos nueve años. Para no desperdiciar combustible y recursos, la mayoría de sus sistemas estaban en modo de suspensión hasta que estuvo cerca de su objetivo Plutón.

De vuelta a la Tierra la Unión Astronómica Internacional decidió degradar a Plutón de su condición de planeta a planeta enano. En breve, la nave espacial robótica New Horizons fue enviada para investigar un planeta, se quedó dormido, y se despertó para descubrir que Plutón ya no se consideraba un planeta. Pero esto no quitó mérito a la importancia de la misión. New Horizons proporcionó imágenes espectaculares de Plutón y su luna Caronte, y proporcionó información científica invaluable que aún se está investigando, y probablemente se estudiará durante años. Estos estudios proporcionarán información importante para comprender la formación del sistema solar, y en particular el Cinturón de Kuiper.

Pero aún hay más en la aventura de New Horizons. Si bien Plutón es el objeto más grande en los confines más lejanos del sistema solar, no es el único. Más allá de Neptuno hay una región llamada Cinturón de Kuiper, que consta de innumerables objetos parecidos a asteroides que varían en tamaño desde unos pocos pies hasta miles de millas. Las condiciones en esta área son diferentes (y en particular, mucho más frío), que su cinturón de asteroides "hermano" en el sistema solar interior, y los objetos del Cinturón de Kuiper suelen consistir en materiales mucho más helados.

La nave espacial New Horizon estaba equipada con suficientes recursos para observar otro objeto del Cinturón de Kuiper si se podía encontrar tal objeto que no estuviera demasiado lejos de la trayectoria original de la nave espacial. El 26 de junio 2014, después de una extensa encuesta en busca de tales objetos, uno fue identificado por el telescopio espacial Hubble. Siguiendo esa identificación, El equipo de investigación de New Horizons diseñó la trayectoria de la nave espacial para que pasara junto al objeto recién encontrado después de completar su misión de cartografiar Plutón. Cinco años después (y cuatro después de su encuentro con Plutón en 2015), New Horizons pasó por el objeto. El 1 de enero 2019, la humanidad tomó su primer primer plano de un pequeño objeto del Cinturón de Kuiper cuando la nave espacial New Horizons lo pasó solo 3, 500 millas de distancia.

Inmediatamente después de la llegada de sus primeras imágenes, el objeto del cinturón de Kuiper (hasta ahora conocido como 2014 MU69) fue apodado "el muñeco de nieve" debido a su apariencia única. Los investigadores de New Horizons lo llamaron inicialmente Ultima Thule ("El borde del mundo" en latín), debido a su ubicación remota en el borde del sistema solar. Pero el objeto finalmente pasó a llamarse 486958 Arrokoth, para "cielo" o "nube" en el ahora extinto idioma nativo americano Powhatan.

New Horizons recopiló una gran cantidad de información sobre el muñeco de nieve:es un binario de contacto de 30 kilómetros que consta de dos lóbulos de diferentes tamaños interconectados por un cuello delgado, que parece ser el producto de dos objetos más pequeños del Cinturón de Kuiper que chocaron para formar Arrokoth.

Aunque se han propuesto varios modelos para explicar la formación de Arrokoth y sus propiedades peculiares, estos encontraron grandes desafíos, y no podía explicar bien las características importantes del muñeco de nieve, en particular, su lenta velocidad de rotación alrededor de sí mismo y su gran ángulo de inclinación. En su Naturaleza artículo, los investigadores del Technion presentan novedosos cálculos analíticos y simulaciones detalladas que explican la formación y las características de Arrokoth.

La investigación fue dirigida por Ph.D. estudiante Evgeni Grishin, postdoctorado Dr. Uri Malamud, y su supervisor, el profesor Hagai Perets, en colaboración con el grupo de investigación alemán en Tübingen.

"Una simple colisión de alta velocidad entre dos objetos aleatorios en el Cinturón de Kuiper los haría añicos, ya que es probable que estén hechos predominantemente de hielo blando, ", dijo el Sr. Grishin." Por otro lado, si los dos cuerpos orbitaban entre sí en una órbita circular (similar a la luna que orbita la Tierra), y luego lentamente en espiral para acercarse más suavemente el uno al otro y hacer contacto, La velocidad de rotación de Arrokoth habría sido extremadamente alta, mientras que la velocidad medida fue en realidad bastante baja con respecto a tales expectativas. La rotación completa de Arrokoth tarda 15,92 horas. Además, su ángulo de inclinación (en relación con el plano de su órbita alrededor del sol) es muy grande (98 grados), por lo que casi se encuentra de lado en relación con su órbita. una característica peculiar en sí misma ".

"Según nuestro modelo, estos dos cuerpos giran uno alrededor del otro, pero porque giran juntos alrededor del sol, básicamente constituyen un sistema triple, ", dijo." La dinámica de tales sistemas triples es compleja y se conoce como el problema de los tres cuerpos. Se sabe que la dinámica de los sistemas triples gravitantes es muy caótica. En nuestro estudio, Demostramos que el sistema no se movía de manera simple y ordenada, pero tampoco se comportó de una manera totalmente caótica ".

"Pasó de tener una amplia, órbita relativamente circular, en un muy excéntrico, órbita elíptica a través de una evolución lenta (secular), mucho más lento en comparación con el período orbital de Arrokoth alrededor del sol, ", dijo el profesor Perets." Podríamos demostrar que tales trayectorias eventualmente conducen a una colisión, cuales, Por un lado, será lento, y no romper los objetos, pero en la otra mano, producir una rotación lenta, objeto muy inclinado, coherente con las propiedades de Arrokoth ".

"Nuestras simulaciones detalladas confirmaron esta imagen, y produjo modelos muy parecidos a la apariencia de muñeco de nieve de Arrokoth, rotación e inclinación, "dijo el Dr. Malamud, En conclusión.

Los investigadores también estudiaron cuán robustos y probables son tales procesos, y descubrió que son potencialmente bastante comunes con hasta el 20% de todos los archivos binarios de todo el cinturón de Kuiper, y potencialmente evolucionando de manera similar.

Hasta ahora, dijeron los investigadores, no fue posible explicar las características únicas de Arrokoth. Es un resultado contrario a la intuición, pero la probabilidad de colisión en tales configuraciones en realidad aumenta a medida que el binario inicial está más separado (pero aún unido) y el ángulo de inclinación inicial está más cerca de los 90 grados.

"Nuestro modelo explica tanto la alta probabilidad de colisión como los datos únicos del sistema unificado actual, y de hecho predecir que muchos más objetos en el Cinturón de Kuiper, "dijo el Sr. Grishin." De hecho, incluso el sistema de Plutón y Caronte podría haberse formado a través de un proceso similar, y parecen jugar un papel importante en la evolución de los sistemas binarios y lunares en el sistema solar.