Así se ganó Plutón su corazón
Un equipo internacional de astrofísicos resuelve el enigma de cómo el planeta Plutón consiguió hacerse con la enorme mancha en forma de corazón de superficie. El grupo de investigación ha sido el primero en reproducir con éxito la forma inusual con simulaciones numéricas, y atribuye esta característica gigante en forma de corazón a un impacto gigante y lento en ángulo oblicuo.
Por la Universidad de Berna
Imagen de la mancha con forma de corazón en la superficie de Plutón, tomada por la sonda New Horizons de la NASA.
Desde que las cámaras de la misión New Horizons de la NASA descubrieron en 2015 una gran estructura en forma de corazón en la superficie del planeta enano Plutón, este corazón ha desconcertado a los científicos por su forma única, su composición geológica y su elevación.
Conocida como Tombaugh Regio, es una región de color claro, notablemente diferente en tono al resto de la superficie del planeta enano. Se extiende por aproximadamente 1.590 kilómetros de ancho y está ubicada cerca del ecuador de Plutón. El corazón se divide en dos lóbulos distintos que parecen tener composiciones y terrenos diferentes: Sputnik Planitia, que es la parte occidental del corazón y consiste en una vasta planicie de hielo de nitrógeno, que forma un cuenco lleno de hielo glaciar. Se trata de una superficie relativamente suave y joven, geológicamente hablando, con pocas características de impacto, lo que indica que es una región activa donde la superficie se ha renovado recientemente.
El otro lóbulo recibe el nombre de región montañosa al este de Sputnik Planitia. Este lado es más áspero y cuenta con terrenos montañosos y cráteres, sugiriendo una superficie más antigua y menos activa geológicamente.
Simulaciones numéricas para investigar los orígenes de Sputnik Planitia.
Ahora, un equipo de científicos de la Universidad de Berna (Suiza), entre ellos varios miembros del NCCR PlanetS y de la Universidad de Arizona en Tucson (EE. UU.), ha echado mano de simulaciones numéricas para investigar los orígenes de Sputnik Planitia, la citada parte occidental en forma de lágrima de la característica superficial corazón de Plutón.
Según su investigación, la historia temprana de Plutón estuvo marcada por un cataclismo que formó la Planicie Sputnik: una colisión con un cuerpo planetario de unos 700 km de diámetro, aproximadamente dos veces el tamaño de Suiza, de este a oeste. Los hallazgos del equipo, publicados recientemente en Nature Astronomy, también sugieren que la estructura interna de Plutón es diferente de lo que se suponía hasta ahora, lo que indica que no existe un océano subsuperficial.
Un corazón dividido.
El corazón captó la atención del público inmediatamente después de su descubrimiento. Pero también despertó inmediatamente el interés de los científicos porque Tombaugh Regio está recubierta de un material de alto albedo —porcentaje de radiación que cualquier superficie refleja respecto a la radiación que incide sobre ella— que refleja más luz que su entorno, lo que crea su color más blanco.
Sin embargo, el corazón no está compuesto de un solo elemento. Sputnik Planitia cubre un área de 1.200 km por 2.000 km, lo que equivale a una cuarta parte de Europa o de Estados Unidos. Lo sorprendente, sin embargo, es que esta región tiene una elevación entre tres y cuatro kilómetros menor que la mayor parte de la superficie de Plutón.
Plutón parece en esta imagen con un aspecto psicodélico. La foto ha sido realizada utilizando una técnica para resaltar diferencias sutiles de color entre las regiones del planeta enano. Crédito: NASA/JHUAPL/SwRI
"El aspecto brillante de Sputnik Planitia se debe a que está llena predominantemente de hielo de nitrógeno blanco que se mueve y convecta para alisar constantemente la superficie. Lo más probable es que este nitrógeno se acumulara rápidamente tras el impacto debido a su menor altitud", explica Harry Ballantyne, de la Universidad de Berna y autor principal del estudio. La parte oriental del corazón también está cubierta por una capa similar pero mucho más fina de hielo nitrogenado, cuyo origen aún no está claro para los científicos, pero probablemente esté relacionado con Sputnik Planitia.
Un impacto oblicuo.
"La forma alargada de Sputnik Planitia sugiere claramente que el impacto no fue una colisión frontal directa, sino oblicua", señala Martin Jutzi, investigador de la Universidad de Berna que ha participado en el estudio. Así que el equipo, al igual que varios otros en todo el mundo, utilizó su software de simulación de hidrodinámica suavizadas de partículas (SPH) para recrear digitalmente este tipo de impactos, variando tanto la composición de Plutón como la de su agresor, así como la velocidad y el ángulo de este.
Estas simulaciones confirmaron las sospechas de los científicos sobre el ángulo oblicuo del impacto y determinaron la composición del objeto que chocó contra este planeta.
"El núcleo de Plutón es tan frío que las rocas permanecieron muy duras y no se fundieron a pesar del calor del encontronazo, y gracias al ángulo de impacto y a la baja velocidad, el núcleo del objeto atacante no se hundió en el núcleo de Plutón, sino que permaneció intacto como una salpicadura sobre él”, explica Harry Ballantyne. Su colega y coautor del trabajo Erik Asphaug, de la Universidad de Arizona, añade lo siguiente: “En algún lugar bajo Sputnik Planitia se encuentra el núcleo remanente de otro cuerpo masivo, que Plutón nunca llegó a digerir del todo".
La fuerza de este núcleo y su velocidad relativamente baja fueron clave para el éxito de estas simulaciones: una fuerza menor daría lugar a un rasgo superficial sobrante muy simétrico que no se parece a la forma de lágrima observada por la misión New Horizons. "Estamos acostumbrados a pensar en las colisiones planetarias como acontecimientos increíblemente intensos en los que se pueden ignorar los detalles, salvo cosas como la energía, el momento y la densidad. Pero en el Sistema Solar lejano, las velocidades son mucho más lentas, y el hielo sólido es fuerte, por lo que hay que ser mucho más preciso en los cálculos. Ahí es donde empieza la diversión", afirma Erik Asphaug.
Los dos equipos tienen un largo historial de colaboraciones juntos, explorando ya desde 2011 la idea de las "salpicaduras" planetarias para explicar, por ejemplo, las características de la cara oculta de la Luna. Después de nuestra Luna y Plutón, el equipo de la Universidad de Berna planea explorar escenarios similares para otros cuerpos exteriores del Sistema Solar, como el planeta enano Haumea, similar a Plutón.
Plutón no tiene océano subterráneo.
El estudio actual también arroja nueva luz sobre la estructura interna de Plutón. De hecho, es mucho más probable que un impacto gigante como el simulado se produjera muy al principio de la historia de este planeta enano. Sin embargo, esto plantea un problema: se espera que una depresión gigante como Sputnik Planitia se desplace lentamente hacia el polo del planeta enano con el tiempo debido a las leyes de la física, ya que tiene un déficit de masa.
Sin embargo, paradójicamente se encuentra cerca del ecuador. La explicación teórica anterior era que Plutón, al igual que otros cuerpos planetarios del Sistema Solar exterior, tiene un océano de agua líquida subsuperficial. Según esta explicación previa, la corteza helada de Plutón sería más delgada en la región de Sputnik Planitia, provocando que el océano se abultara allí, y como el agua líquida es más densa que el hielo, se acabaría con un excedente de masa que induce la migración hacia el ecuador.
Representación artística del enorme y lento impacto sobre Plutón que dio lugar a la estructura en forma de corazón en su superficie. Crédito: Thibaut Roger / Universidad de Berna
Sin embargo, el nuevo estudio ofrece una perspectiva alternativa. "En nuestras simulaciones, todo el manto primordial de Plutón es excavado por el impacto, y a medida que el material del núcleo del impactador salpica el núcleo de Plutón, se crea un exceso de masa local que puede explicar la migración hacia el ecuador sin un océano subsuperficial, o a lo sumo uno muy delgado", explica Jutzi.
Adeene Denton, de la Universidad de Arizona, también coautora del estudio, está llevando a cabo un nuevo proyecto de investigación para estimar la velocidad de esta migración. "Este origen novedoso e inventado para la característica forma de corazón de Plutón puede conducir a una mejor comprensión del origen de Plutón", concluye Denton.
Información facilitada por la Universidad de Berna - Adaptación: Enrique Coperías / RexMolón Ediciones
Fuente: H. Ballantyne et al. Sputnik Planitia as an impactor remnant indicative of an ancient rocky mascon in an oceanless Pluto. Nature Astronomy (2024). DOI: 10.1038/s41550-024-02248-1
