Najdalszy obiekt kiedykolwiek odwiedzony przez sondę kosmiczną, Arrokoth, liczące 4 miliardy lat ciało w Pasie Kuipera, dostarczył nowych informacji na temat wczesnego formowania się naszego Układu Słonecznego. Naukowcy wykorzystali najnowocześniejsze symulacje komputerowe, aby potwierdzić, w jaki sposób powstał ten wyjątkowy obiekt przypominający bałwana i co to oznacza dla zrozumienia, w jaki sposób powstały same planety.
Pas Kuipera: Kapsuła Czasu Układu Słonecznego
Arrokoth leży w Pasie Kuipera, rozległym obszarze za Neptunem, wypełnionym lodowymi gruzami pozostałymi po narodzinach Układu Słonecznego. Strefa ta to nie tylko zbiór śmieci kosmicznych; jest to skarbnica planetozymali — cegiełek, z których powstają planety. Tym, co czyni Arrokoth szczególnie intrygującym, jest jego dwuczęściowa struktura. Około 10–25% obiektów w Pasie Kuipera ma kształt „bałwana” lub „orzeszka ziemnego”, co rodzi pytania o sposób ich powstania.
Zapadnięcie się grawitacyjne: klucz do powstania?
Wcześniej naukowcy sugerowali, że miękka formacja Arrokoth, na co wskazywał jej kształt i brak kraterów, nastąpiła w wyniku zapadnięcia się grawitacyjnego. Pomysł jest taki, że chmury kamyków we wczesnym Układzie Słonecznym sklejały się ze sobą pod wpływem własnej grawitacji. Dokładny mechanizm pozostawał jednak niejasny aż do teraz. Najnowsze symulacje dostarczają przekonujących dowodów na to, że proces ten może tworzyć obiekty dwuczęściowe, takie jak Arrokoth.
„To niezwykle ekscytujące, ponieważ być może widzimy to po raz pierwszy” – wyjaśnił Jackson Barnes z Michigan State University, główny badacz. „Weryfikuje cały proces od początku do końca.”
Jak działają symulacje: kamyki i grawitacja
Zespół badawczy przeprowadził 54 symulacje komputerowe przy użyciu 105 cząstek, każda o promieniu około 2 kilometrów i reprezentujących uproszczoną chmurę kamyków. Symulacje te pokazały, że małe planetozymale mogą krążyć wokół siebie i ostatecznie łączyć się przy niskich prędkościach (około 5 metrów na sekundę), tworząc „układy podwójne kontaktowe” – dwie połączone ze sobą warstwy. Niektóre z tych wymodelowanych obiektów są uderzająco podobne do Arrokoth.
Tym, co wyróżnia te badania, jest włączenie fizyki cząstek elementarnych, która modeluje interakcję materiałów w wyniku kontaktu. Wcześniejsze modele, którym brakowało tego szczegółu, zakładały, że w wyniku wszystkich zderzeń powstanie pojedynczy obiekt kulisty. To nowe podejście potwierdza teorię, że planetozymale, w tym Arrokoth, powstały w wyniku delikatnego zapadania się grawitacyjnego, a nie gwałtownych zderzeń.
Implikacje i przyszłe badania
Alan Stern, główny badacz misji NASA New Horizons, pochwalił badanie, zwracając uwagę na jego spójność z wcześniejszymi pracami i utwierdzenie w przekonaniu, że powstawanie Arrokoth było płynnym i nieniszczącym procesem. Jednak inni astronomowie zauważyli rozbieżności między wynikami symulacji (tylko 4% obiektów tworzy układy podwójne kontaktowe) a częstotliwościami obserwowanymi w Pasie Kuipera. Alan Fitzsimmons sugeruje, że Matka Natura może działać w inny sposób lub że jeszcze bardziej złożone symulacje mogą wypełnić lukę między teorią a obserwacjami.
Powstawanie Arrokoth, choć pozornie proste, dostarcza ważnych dowodów na temat warunków panujących we wczesnym Układzie Słonecznym. Zrozumienie tych procesów jest kluczem do odkrycia, w jaki sposób powstały planety, w tym Ziemia.
