Arrokoth, obiekt Pasa Kuipera (KBO) zbadany i sfotografowany przez sondę New Horizons w 2019 roku, od samego początku stanowi wyzwanie dla modeli akrecyjnych. Choć jego struktura jako układu kontaktowego (contact binary) jest spójna z teorią delikatnego zderzenia przy niskich prędkościach względnych, to skrajne spłaszczenie jego obu płatów – przypominających kształtem naleśniki – było trudne do wyjaśnienia w ramach standardowych procesów formowania planetozymali. Najnowsze symulacje numeryczne wskazują jednak na zaskakująco prosty mechanizm ewolucyjny: spłaszczenie Arrokotha nie jest cechą pierwotną, lecz wynikiem długofalowej utraty substancji lotnych.
Wstępne analizy po przelocie sondy New Horizons w pobliżu Arrokoth sugerowały, że dwa płaty tego obiektu uformowały się z obłoku kamyków i pyłu w procesie zapadania grawitacyjnego. Problem polegał na tym, że obiekty powstające w ten sposób powinny być w przybliżeniu sferyczne. Tymczasem większy płat Arrokotha wykazuje proporcje osi, które czynią go jednym z najbardziej spłaszczonych ciał w Układzie Słonecznym. Hipotezy o gwałtownych zderzeniach, które miałyby „rozgnieść” obiekt, zostały odrzucone ze względu na brak śladów katastroficznych pęknięć oraz nienaruszoną, delikatną strukturę łączącą oba płaty.
Sublimacja napędzana promieniowaniem słonecznym
Najnowsze rozwiązanie, zaproponowane przez zespół naukowców modelujących ewolucję termiczną obiektów Pasa Kuipera (KBO), opiera się na procesie sublimacji lodów molekularnych, takich jak tlenek węgla (CO) czy metan (CH4), we wczesnej fazie istnienia Układu Słonecznego. Arrokoth, podobnie jak inne obiekty z tzw. „zimnej klasycznej” populacji Pasa Kuipera, znajduje się na niemal kołowej orbicie w dużej odległości od Słońca (r≈44 AU), co pozwoliło na zachowanie tych lotnych związków przez miliony lat.
Kluczowym parametrem modelu okazało się nachylenie osi obrotu obiektu. Ze względu na orientację Arrokotha względem ekliptyki, jego regiony okołobiegunowe otrzymywały w skali czasu geologicznego znacznie większą dawkę promieniowania słonecznego niż regiony równikowe.
Według autorów najnowszego opracowania, proces spłaszczania Arrokotha przebiegał według konkretnego schematu fizycznego:
- Gradient termiczny: Promieniowanie słoneczne, choć słabe, wystarczało do sublimacji lodów o bardzo niskiej temperaturze wrzenia, znajdujących się tuż pod powierzchnią.
- Utrata masy na biegunach: Wyższa średnia temperatura na biegunach powodowała intensywniejszą ucieczkę gazów właśnie z tych obszarów.
- Ewolucja kształtu: Selektywna utrata materii z regionów polarnych przy relatywnie nienaruszonym równiku doprowadziła do stopniowego „spłaczania” płatów.
Symulacje wykazały, że proces ten mógł trwać od kilkunastu do kilkudziesięciu milionów lat po uformowaniu się obiektu, zanim zapasy najbardziej lotnych lodów zostały wyczerpane lub pogrzebane pod grubą warstwą bardziej stabilnego pyłu i lodu wodnego.
Implikacje dla populacji Pasa Kuipera
To odkrycie ma fundamentalne znaczenie dla naszej interpretacji danych z dalekich rejonów Układu Słonecznego. Sugeruje ono, że wiele obiektów, które obecnie postrzegamy jako geometrycznie nietypowe, mogło zaczynać swój byt jako znacznie bardziej sferyczne bryły. Model sublimacyjny upraszcza teorię powstawania planetozymali, eliminując potrzebę zakładania egzotycznych i mało prawdopodobnych scenariuszy kolizyjnych. Arrokoth staje się tym samym nie tylko „żywą skamieliną” wczesnego Układu Słonecznego, ale i dowodem na to, jak subtelne procesy termodynamiczne mogą w radykalny sposób kształtować architekturę ciał niebieskich w skali milionów lat.
Źródło: MNRAS