Met behulp van geavanceerde computersimulaties en observaties, een team onder leiding van onderzoekers van het Earth-Life Science Institute (ELSI) van het Tokyo Institute of Technology heeft laten zien hoe de zogenaamde trans-Neptuniaanse objecten (of TNO's) zijn gevormd. TNO's, waaronder de dwergplaneet Pluto, zijn een groep ijzige en rotsachtige kleine lichamen - kleiner dan planeten, maar groter dan kometen - die om het zonnestelsel draaien voorbij de planeet Neptunus. TNO's zijn waarschijnlijk tegelijkertijd met het zonnestelsel gevormd, en het begrijpen van hun oorsprong zou belangrijke aanwijzingen kunnen geven over hoe het hele zonnestelsel is ontstaan.

Zoals veel zonnestelsellichamen, inclusief de aarde, TNO's hebben vaak hun eigen satellieten, die waarschijnlijk al vroeg zijn gevormd door botsingen tussen de bouwstenen van het zonnestelsel. Het begrijpen van de oorsprong van TNO's en hun satellieten kan helpen om de oorsprong en vroege evolutie van het hele zonnestelsel te begrijpen. De eigenschappen van TNO's en hun satellieten, bijvoorbeeld hun orbitale eigenschappen, samenstelling en rotatiesnelheden - bieden een aantal aanwijzingen om hun vorming te begrijpen. Deze eigenschappen kunnen hun vormings- en botsingsgeschiedenis weerspiegelen, wat op zijn beurt verband kan houden met hoe de banen van de reuzenplaneten Jupiter, Saturnus, Neptunus, en Uranus is in de loop van de tijd veranderd sinds het zonnestelsel is gevormd.

Het ruimtevaartuig New Horizons vloog langs Pluto, de meest bekende TNO, in 2015. Sindsdien Pluto en zijn satelliet Charon hebben veel aandacht getrokken van planetaire wetenschappers, en er zijn veel nieuwe kleine satellieten rond andere grote TNO's gevonden. In feite, alle bekende TNO's met een diameter groter dan 1000 km zijn inmiddels bekend met satellietsystemen. interessant, het bereik van de geschatte massaverhouding van deze satellieten tot hun hostsystemen varieert van 1/10 tot 1/1000, die de massaverhouding van de maan tot de aarde omvat (~ 1/80). Dit kan belangrijk zijn omdat men denkt dat de maan van de aarde en Charon beide zijn gevormd uit een gigantisch botslichaam.

Om de vorming en evolutie van TNO-satellietsystemen te bestuderen, het onderzoeksteam voerde meer dan 400 gigantische impactsimulaties en berekeningen van de getijdenevolutie uit. "Dit is echt hard werken, " zegt de senior auteur van de studie, Professor Hidenori Genda van het Earth-Life Science Institute (ELSI) van het Tokyo Institute of Technology. Andere teamleden van Tokyo Tech waren Sota Arakawa en Ryuki Hyodo.

Uit de Tokyo Tech-studie bleek dat de grootte en de baan van de satellietsystemen van grote TNO's het best kunnen worden verklaard als ze zijn gevormd door inslagen van gesmolten voorlopers. Ze ontdekten ook dat TNO's die groot genoeg zijn interne warmte kunnen vasthouden en slechts een paar miljoen jaar gesmolten kunnen blijven; vooral als hun interne warmtebron kortlevende radioactieve isotopen zijn zoals aluminium-26, die ook is betrokken bij de interne verwarming van de moederlichamen van meteorieten. Aangezien deze voorlopers een hoog gehalte aan kortlevende radionucliden zouden moeten hebben om te kunnen smelten, deze resultaten suggereren dat TNO-satellietsystemen zijn gevormd vóór de buitenwaartse migratie van de buitenplaneten, inclusief Neptunus, of in de eerste ~ 700 miljoen jaar geschiedenis van het zonnestelsel.

Eerdere theorieën over planeetvorming hadden gesuggereerd dat de groei van TNO's veel langer duurde dan de levensduur van kortlevende radionucliden, en dus mogen TNO's niet gesmolten zijn toen ze gevormd werden. Deze wetenschappers vonden, echter, dat snelle TNO-vorming consistent is met recente planeetvormingsstudies die suggereren dat TNO's zijn gevormd via aanwas van kleine vaste stoffen naar reeds bestaande lichamen. De snelle vorming van grote TNO's komt overeen met recente planeetvormingsstudies; echter, andere analyses suggereren dat kometen zijn gevormd lang nadat de meeste kortlevende radionucliden waren vervallen. De auteurs merken dus op dat er nog veel werk moet worden verzet om een ​​uniform model te produceren voor de oorsprong van de planetaire lichamen van het zonnestelsel.