Las masas de los satélites oscilan entre 1/10 y 1/1000 de los TNO correspondientes. Para comparacion, También se muestran la Tierra y la Luna. Crédito:NASA / APL / SwRI / ESA / STScI
Usando simulaciones y observaciones por computadora sofisticadas, un equipo dirigido por investigadores del Earth-Life Science Institute (ELSI) del Instituto de Tecnología de Tokio ha demostrado cómo se pueden haber formado los llamados objetos transneptunianos (o TNO). TNO, que incluyen el planeta enano Plutón, son un grupo de pequeños cuerpos helados y rocosos, más pequeños que los planetas, pero más grandes que los cometas, que orbitan el sistema solar más allá del planeta Neptuno. Los TNO probablemente se formaron al mismo tiempo que el sistema solar, y comprender su origen podría proporcionar pistas importantes sobre cómo se originó todo el sistema solar.
Como muchos cuerpos del sistema solar, incluida la Tierra, Los TNO suelen tener sus propios satélites, que probablemente se formó desde el principio a partir de colisiones entre los componentes básicos del sistema solar. Comprender el origen de los TNO junto con sus satélites puede ayudar a comprender el origen y la evolución temprana de todo el sistema solar. Las propiedades de los TNO y sus satélites, por ejemplo, sus propiedades orbitales, composición y tasas de rotación:proporcionan una serie de pistas para comprender su formación. Estas propiedades pueden reflejar su formación e historial de colisiones, que a su vez puede estar relacionado con cómo las órbitas de los planetas gigantes Júpiter, Saturno, Neptuno, y Urano cambió con el tiempo desde que se formó el sistema solar.
La nave espacial New Horizons voló por Plutón, el TNO más famoso, en 2015. Desde entonces, Plutón y su satélite Caronte han atraído mucha atención de los científicos planetarios, y se han encontrado muchos nuevos satélites pequeños alrededor de otros grandes TNO. De hecho, Ahora se sabe que todos los TNO conocidos de más de 1000 km de diámetro tienen sistemas de satélite. Curiosamente, el rango de la relación de masa estimada de estos satélites a sus sistemas anfitriones varía de 1/10 a 1/1000, que abarca la relación de masa entre la Luna y la Tierra (~ 1/80). Esto puede ser significativo porque se cree que la luna de la Tierra y Caronte se formaron a partir de un impactador gigante.
Los paneles superiores muestran instantáneas del impacto gigante que forma un satélite con aproximadamente 1 km / s de la velocidad del impacto y 75 grados del ángulo de impacto. El panel inferior muestra la vista esquemática de la circularización de la órbita del satélite debido a la interacción de las mareas después de la formación del satélite. Crédito:Arakawa et al. (2019) Astronomía de la naturaleza
Estudiar la formación y evolución de los sistemas de satélites TNO, el equipo de investigación realizó más de 400 simulaciones de impactos gigantes y cálculos de evolución de las mareas. "Este es un trabajo muy duro, "dice el autor principal del estudio, El profesor Hidenori Genda del Instituto de Ciencias de la Tierra y la Vida (ELSI) del Instituto de Tecnología de Tokio. Otros miembros del equipo de Tokyo Tech incluyeron a Sota Arakawa y Ryuki Hyodo.
El estudio de Tokyo Tech encontró que el tamaño y la órbita de los sistemas de satélites de grandes TNO se explican mejor si se formaron a partir de impactos de progenitores fundidos. También encontraron que los TNO que son lo suficientemente grandes pueden retener el calor interno y permanecer fundidos durante un lapso de solo unos pocos millones de años; especialmente si su fuente de calor interna son isótopos radiactivos de vida corta como el Aluminio-26, que también ha estado implicado en el calentamiento interno de los cuerpos parentales de los meteoritos. Dado que estos progenitores necesitarían tener un alto contenido de radionúclidos de vida corta para poder fundirse, Estos resultados sugieren que los sistemas de satélites TNO se formaron antes de la migración hacia el exterior de los planetas exteriores, incluido Neptuno, o en los primeros ~ 700 millones de años de la historia del sistema solar.
La relación entre la excentricidad inicial de los satélites formados y la excentricidad final después de una evolución de las mareas de 4.500 millones de años se muestra en tres casos. Cuando los cuerpos planetarios son rígidos todo el tiempo (figura de la derecha) o se comportan como un fluido durante los primeros 1000 años (figura del medio), la mayoría de las excentricidades no se amortiguaron, lo cual no es incompatible con la observación. Cuando se comportan como un fluido por primera vez> 1 millón de años, las excentricidades resultantes son consistentes con la observación. Crédito:Arakawa et al. (2019) Astronomía de la naturaleza
Las teorías anteriores sobre la formación de planetas habían sugerido que el crecimiento de los TNO tomó mucho más tiempo que la vida útil de los radionucleidos de vida corta. y por lo tanto, los TNO no deben haberse fundido cuando se formaron. Estos científicos encontraron, sin embargo, que la rápida formación de TNO es consistente con estudios recientes de formación de planetas que sugieren que los TNO se forman a través de la acumulación de pequeños sólidos en cuerpos preexistentes. La rápida formación de grandes TNO es consistente con estudios recientes de formación de planetas; sin embargo, otros análisis sugieren que los cometas se formaron mucho después de que la mayoría de los radionucleidos de vida corta se hubieran desintegrado. Por lo tanto, los autores señalan que todavía queda mucho trabajo por hacer para producir un modelo unificado del origen de los cuerpos planetarios del sistema solar.
