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Um 'Big Whack' criou todas as Luas de Plutão?

Plutão e sua lua Caronte; composição de imagem costurada a partir de muitas imagens da New Horizons. Crédito da imagem: NASA / New Horizons / JPL / LORRI / SwRI.

Com cinco luas orbitando, Plutão é o mundo rochoso mais rico conhecido até hoje. Como ficou assim?

Realmente esperamos que a missão seja transformadora. Esta é a pedra angular das visitas originais aos planetas. Leva-nos 4 bilhões de milhas de distância e 4 bilhões de anos de volta no tempo. – Alan Stern

Por mais de oitenta anos, Plutão reinou não apenas como o maior mundo no cinturão de Kuiper, mas como o maior planeta anão do Sistema Solar. Ao contrário de todos os outros mundos que já descobrimos, Plutão é único por seu complexo e variado sistema lunar. Enquanto todos os outros planetas anões conhecidos têm apenas uma ou duas luas conhecidas, todas elas pequenas, Plutão possui cinco: Caronte, Estige, Nix, Kerberos e Hidra. Além disso, Caronte é enorme: se não estivesse orbitando Plutão, seria o sexto maior planeta anão de todo o Sistema Solar. Como surgiu o sistema plutoniano? Agora que todos os dados da New Horizons estão de volta, uma colisão gigante conhecida como Big Whack emergiu como a principal culpada.

Uma colisão massiva de objetos grandes no espaço pode fazer com que o maior levante grandes quantidades de detritos, que podem se unir em vários objetos grandes, como luas, que permanecem perto do corpo pai. Crédito da imagem: NASA/JPL-Caltech/T. Pilar (SSC).

Objetos grandes e maciços colidindo com mundos do tamanho de planetas não são raros em nosso Sistema Solar. A Terra não tinha uma lua até que um grande protoplaneta do tamanho de Marte colidiu com o nosso, levantando detritos que eventualmente se fundiram em nossa Lua. Marte também estava provavelmente livre de luas até que uma enorme colisão criou uma bacia que abrange metade do planeta, criando três luas próximas, duas das quais permanecem. As principais evidências que estão presentes, em ambos os casos, é que o material que compõe essas luas é semelhante ao material crustal na superfície do planeta-mãe, que as luas estão orbitalmente próximas do planeta e umas das outras, e que todos eles orbitam no mesmo plano e na mesma direção um do outro.

Esta imagem, tirada pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA, mostra todas as cinco luas de Plutão em órbita em torno deste planeta anão. Os caminhos orbitais são adicionados à mão, mas ocorrem em uma ressonância de 1:3:4:5:6, e todos orbitam no mesmo plano dentro de um grau. Crédito da imagem: NASA, ESA e L. Frattare (STScI).

Existem três maneiras principais de formar uma lua, em geral:

1. de um grande impacto que levanta detritos, que então se aglutinam em uma lua (ou luas),
2. da formação inicial do próprio planeta, onde um disco circumplanetário se divide em luas e/ou anéis,
3. e da captura gravitacional de outros objetos do sistema solar, como asteroides, cometas e objetos do cinturão de Kuiper.

A primeira é como a maioria dos planetas rochosos e planetas anões obtém suas luas, a segunda é como a maioria das luas gigantes gasosas (e anéis) vieram a ser, enquanto a terceira explica uma fração de mundos em torno (principalmente) gigantes gasosos, como Saturno. Phoebe ou Tritão de Netuno.

O anel de material criado a partir da interação do Sol com Phoebe resulta no anel maior, mais difuso e externo conhecido em qualquer lugar do Sistema Solar. Ele, juntamente com o ângulo da órbita de Phoebe, sua superfície tipo pedra-pomes e seu movimento retrógrado em torno de Saturno, apontam para seu status de objeto capturado. Crédito da imagem: NASA/JPL-Caltech/Keck.

E as cinco luas de Plutão? Eles apontam muito, muito fortemente para essa hipótese do Big Whack, a partir de várias evidências. As próprias luas seguem um padrão orbital simples: se você levar o tempo que Caronte requer para orbitar Plutão, você descobrirá que Styx orbita em 3 vezes esse valor, Nix em 4 vezes, Kerberos em 5 vezes e Hydra em 6. Os erros nesses números são 5%, 3%, 1% e 0,3%, respectivamente. Esta é uma indicação muito boa de que eles se formaram a partir de uma nuvem de detritos e foram empurrados para suas ressonâncias atuais. Enquanto Plutão tem gelo e atmosfera, Caronte, apesar de seu tamanho, não tem, indicando que se formou a partir de um impacto. E todas as cinco luas, de acordo com as melhores medições da New Horizon, têm composições elementares semelhantes e cores cinzentas.

Esta imagem composta mostra um pedaço da grande lua de Plutão, Caronte, e todas as quatro pequenas luas de Plutão, conforme resolvido pelo Long Range Reconnaissance Imager (LORRI) na espaçonave New Horizons. Todas as luas são exibidas com um trecho de intensidade comum e escala espacial. Todas as quatro pequenas luas são altamente alongadas, indicando uma provável origem composta para todas elas. Crédito da imagem: NASA/JHUAPL/SwRI.

Todos os cinco mundos estão inclinados a menos de um grau em relação ao equador de Plutão, indicando que não houve captura gravitacional. Enquanto Plutão é de cor avermelhada, a falta de voláteis é vista em todas as cinco luas, o que significa que qualquer impacto que provavelmente criou as luas também impediu que essas mesmas luas se prendessem aos elementos e moléculas mais leves. E, finalmente, estudos de perto das quatro pequenas luas – Styx, Nix, Kerberos e Hydra – indicam que esses corpos se fundiram a partir de vários corpos menores que mais tarde se tornaram gravitacionalmente ligados.

Um grande KBO impactando um proto-Plutão poderia não apenas ter levantado os detritos que formaram Caronte, mas você formou muitas luas externas e menores, como as quatro conhecidas. Crédito da imagem: Acom no projeto Wikipedia.

A natureza de corpo fundido dessas pequenas luas novamente aponta para uma origem comum, e um impacto gigante e antigo é a causa mais provável. Após a descoberta das luas externas menores, muitos esperavam que a New Horizons encontrasse outras. O fato de não haver mais nenhuma, embora as órbitas pudessem se estender mais de dez vezes sem problemas, tudo aponta para uma origem próxima. Um mistério, no entanto, é por que não há anéis remanescentes ao redor de Plutão. A uma distância tão grande do Sol, um sistema de anéis poderia ter permanecido. É a única evidência que não se alinha perfeitamente com a hipótese do Big Whack.

O planeta menor Chariklo, localizado entre Saturno e Urano, é o único gigante não gasoso do Sistema Solar conhecido por ter anéis. Em teoria, é concebível que Plutão também os tivesse. Crédito da imagem: Instituto de Astrofísica da Andaluzia (IAA-CSIC).

O que talvez seja mais notável é que o sistema Plutão-Caronte é tão massivo que as outras quatro luas, embora permaneçam em órbitas estáveis, têm propriedades de rotação instáveis. A cada passagem em torno de Plutão e Caronte, as interações gravitacionais causam um movimento irregular, o que significa que não há estabilidade entre o que um dia realmente significa de órbita a órbita nesses mundos. Enquanto nossas visões dos dois mundos gigantes, Plutão e Caronte, eram de longe os grandes prêmios da missão New Horizons, a origem de todo o sistema planetário veio para o passeio.

E isso sugere fortemente, quando olhamos para os outros grandes mundos no Sistema Solar exterior, que qualquer um daqueles com luas também pode dever suas origens a um impacto. Se pudermos medir suas órbitas (e descobrir que estão próximas) e suas composições (e descobrir que são semelhantes ao mundo pai), podemos aprender algo fenomenal: que grandes colisões maciças são como mundos rochosos esmagadora maioria de suas luas!

Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium graças aos nossos apoiadores do Patreon . Ethan é autor de dois livros, Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .

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