El objeto transneptuniano Arrokoth, también conocido como Ultima Thule, que pasó la sonda espacial New Horizons de la NASA el día de Año Nuevo de 2019, puede haber cambiado su forma significativamente en los primeros 100 millones de años desde su formación. En el número de hoy de la revista Astronomía de la naturaleza , Los investigadores dirigidos por la Academia de Ciencias de China y el Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar (MPS) sugieren que la forma actual de Arrokoth, que se asemeja a un muñeco de nieve aplastado, podría ser de origen evolutivo debido a la desgasificación volátil. Sus cálculos ayudan a comprender qué nos puede enseñar el estado actual de los cuerpos desde el borde del Sistema Solar sobre sus propiedades originales.

Los muchos millones de cuerpos que pueblan el cinturón de Kuiper más allá de la órbita de Neptuno aún no han revelado muchos de sus secretos. En la década de 1980, las sondas espaciales Pioneer 1 y 2, así como las Voyager 1 y 2, cruzaron esta región pero sin cámaras a bordo. La nave espacial New Horizons de la NASA envió las primeras imágenes desde el borde más externo del sistema solar a la Tierra:en el verano de 2015 del planeta enano Plutón y tres años y medio después del objeto transneptuniano Arrokoth. unos 30 kilómetros de tamaño. Aún sin nombre oficial, el cuerpo fue apodado Ultima Thule en ese momento, en referencia al punto terrestre más septentrional de la Tierra. Después de todo, el objeto transneptuniano es el cuerpo más alejado del Sol que alguna vez ha sido visitado y fotografiado por una sonda artificial.

Especialmente la extraña forma de Arrokoth causó sensación en los días posteriores al sobrevuelo. El cuerpo es un binario de contacto, se cree que es el resultado de la fusión a baja velocidad de dos cuerpos separados que se formaron muy juntos. Está compuesto por dos lóbulos conectados, de los cuales el más pequeño está ligeramente aplanado, el más grande fuertemente así, creando la impresión de un muñeco de nieve aplastado. En su publicación actual, los investigadores de China, Alemania, y los Estados Unidos investigan cómo surgió esta forma. También se conoce una forma bilobulada pronunciada de algunos cometas. Sin embargo, no hay otro cuerpo conocido que sea tan plano como Arrokoth. ¿Arrokoth ya se veía así cuando fue creado? ¿O su forma se desarrolló gradualmente?

"Nos gusta pensar en el Cinturón de Kuiper como una región donde el tiempo se ha detenido más o menos desde el nacimiento del Sistema Solar, "explica Ladislav Rezac de MPS, uno de los dos primeros autores de la publicación actual. A más de cuatro mil millones de kilómetros del Sol, los cuerpos del Cinturón de Kuiper se han mantenido congelados y sin cambios, también lo es la creencia común. Las imágenes de Arrokoth de New Horizon desafían esta idea por su superficie aparentemente lisa sin signos de eventos frecuentes de cráteres y por su peculiar, forma aplanada. Los científicos asumen que el Sistema Solar se formó hace 4.600 millones de años a partir de un disco de polvo:las partículas de esta nebulosa se aglomeraron en grupos cada vez más grandes; estos grupos chocaron y se fusionaron en cuerpos aún más grandes. "Aún no hay explicación de cómo un cuerpo tan plano como Arrokoth podría emerger de este proceso, "dice Rezac.

Otra posibilidad sería que Arrokoth tuviera una forma más común para empezar. Es posible que haya comenzado como una fusión entre un cuerpo esférico y uno achatado en el momento de su creación y solo gradualmente se aplanó. Estudios anteriores sugieren que durante la formación del Sistema Solar, la región donde se encuentra Arrrokoth podría haber sido un ambiente distinto en el frío, plano medio sombreado por el polvo de la nebulosa exterior. Las bajas temperaturas permitieron que los volátiles como el monóxido de carbono y el metano se congelaran en granos de polvo y formaran planetesimales. Cuando el polvo nebular se despejó después de la formación de Arrokoth, la iluminación solar habría elevado su temperatura y, por lo tanto, expulsado rápidamente los volátiles condensados. La extraña forma de Arrokoth sería entonces un resultado natural debido a una combinación favorable de su gran oblicuidad, pequeña excentricidad y variación de la tasa de pérdida de masa con el flujo solar, resultando en una erosión casi simétrica entre los hemisferios norte y sur.

"Para que un cuerpo cambie su forma tan extremadamente como Arrokoth, su eje de rotación debe estar orientado de una manera especial, "Rezac explica. A diferencia del eje de rotación de la Tierra, El de Arrokoth es casi paralelo al plano orbital. Durante su órbita de 298 años alrededor del Sol, una región polar de Arrokoth mira al Sol continuamente durante casi la mitad del tiempo, mientras que la otra mira hacia otro lado. Las regiones en el ecuador y latitudes más bajas están dominadas por variaciones diurnas durante todo el año. "Esto hace que los postes se calienten más, para que los gases congelados escapen de allí de manera más eficiente, lo que resulta en una fuerte pérdida de masa, " says Yuhui Zhao from the Purple Mountain Observatory of the Chinese Academy of Sciences. The flattening process most likely occurred early in the evolution history of the body and proceeded rather quickly on a timescale of about one to 100 million years during the presence of super volatile ices in the near subsurface layers. In addition, the scientists self-consistently demonstrated that the induced torques would play a negligible role in the planetesimal's spin state change during the mass loss phase.

"How many of such 'flattened snowman' bodies are in the Kuiper Belt depends primarily on the probability of a body having a spin-axis inclination similar to Arrokoth's and on the amount of super-volatile ices present near its subsurface, " Rezac says. There are reasons to believe that even objects like Arrokoth had considerable amounts of super-volatiles that have escaped during its early evolution. For instance, Pluto, due to its size and stronger gravity retains carbon monoxide, nitrogen and methane gasses even today. In the case of smaller bodies, these volatiles would long have escaped into space.