Een model ontwikkeld aan de Faculteit Natuurkunde van het Technion, in samenwerking met Duitse wetenschappers in Tübingen, verklaart de unieke eigenschappen van Arrokoth, het verste object dat ooit in het zonnestelsel is afgebeeld. De resultaten van het onderzoeksteam werpen nieuw licht op de vorming van objecten in de Kuipergordel, asteroïde-achtige objecten aan de rand van het zonnestelsel, en voor het begrijpen van de vroege stadia van de vorming van het zonnestelsel.

De bevindingen, gepubliceerd in Natuur , de unieke kenmerken van "de sneeuwman, " formeel bekend als Arrokoth, en foto's ervan werden vorig jaar voor het eerst gemaakt door NASA's New Horizons-ruimtemissie.

Het verhaal begint in 2006, toen het ruimtevaartuig New Horizons werd gestuurd om de eerste close-upbeelden van Pluto te maken en de kenmerken en het terrein te bestuderen. Na de lancering, New Horizons heeft zijn baan naar Pluto bepaald, aan een lange reis van ongeveer negen jaar beginnen. Om geen brandstof en grondstoffen te verspillen, de meeste van zijn systemen stonden in de slaapstand totdat het dicht bij zijn doel Pluto was.

Terug op aarde, de Internationale Astronomische Unie besloot Pluto te degraderen van zijn status als planeet naar een dwergplaneet. Kortom, het ruimtevaartuig New Horizons werd gestuurd om een ​​planeet te onderzoeken, In slaap gevallen, en werd wakker om te ontdekken dat Pluto niet langer als een planeet werd beschouwd. Maar dat deed niets af aan het belang van de missie. New Horizons leverde spectaculaire beelden op van Pluto en zijn maan Charon, en leverde waardevolle wetenschappelijke informatie op die nu nog steeds wordt onderzocht, en zal waarschijnlijk jarenlang worden bestudeerd. Deze studies zullen belangrijke input leveren voor het begrijpen van de vorming van het zonnestelsel, en in het bijzonder de Kuipergordel.

Maar er is nog meer aan het New Horizons-avontuur. Terwijl Pluto het grootste object is in de verste uithoeken van het zonnestelsel, het is niet de enige. Voorbij Neptunus ligt een gebied dat de Kuipergordel wordt genoemd, bestaande uit ontelbare asteroïde-achtige objecten variërend in grootte van enkele meters tot duizenden mijlen. De omstandigheden op dit gebied zijn anders (en met name veel kouder), dan zijn "zuster" asteroïdengordel in het binnenste zonnestelsel, en Kuipergordelobjecten bestaan ​​doorgaans uit veel meer ijzige materialen.

Het New Horizon-ruimtevaartuig was uitgerust met voldoende middelen om een ​​ander Kuipergordel-object te observeren als een dergelijk object zou kunnen worden gevonden dat niet te ver van de oorspronkelijke baan van het ruimtevaartuig verwijderd was. Op 26 juni, 2014, na een uitgebreid onderzoek naar dergelijke objecten, één werd geïdentificeerd door de Hubble Space Telescope. Na die identificatie, het onderzoeksteam van New Horizons ontwierp het traject van het ruimtevaartuig zodat het naast het nieuw gevonden object zou passeren na het voltooien van zijn missie om Pluto in kaart te brengen. Vijf jaar later (en vier na de ontmoeting met Pluto in 2015), New Horizons passeerde het object. Op 1 januari 2019, de mensheid maakte zijn eerste close-upfoto van een klein Kuipergordel-object toen het New Horizons-ruimtevaartuig er slechts 3 passeerde, 500 mijl verderop.

Onmiddellijk na de aankomst van de eerste beelden, het Kuipergordel-object (tot nu toe bekend als 2014 MU69) kreeg vanwege zijn unieke uiterlijk de bijnaam "de Sneeuwman". New Horizons-onderzoekers noemden het aanvankelijk Ultima Thule ("The Edge of the World" in het Latijn), vanwege de afgelegen ligging aan de rand van het zonnestelsel. Maar het object werd uiteindelijk omgedoopt tot 486958 Arrokoth, voor "sky" of "cloud" in de nu uitgestorven Powhatan Native American taal.

New Horizons verzamelde een schat aan informatie over de sneeuwman:het is een contactbinair van 30 kilometer dat bestaat uit twee lobben van verschillende grootte die met elkaar zijn verbonden door een dunne nek, die het product lijkt te zijn van twee kleinere Kuipergordel-objecten die met elkaar in botsing kwamen om Arrokoth te vormen.

Hoewel er verschillende modellen zijn voorgesteld om de vorming van Arrokoth en zijn bijzondere eigenschappen te verklaren, deze stuitten op grote uitdagingen, en kon belangrijke kenmerken van de sneeuwman niet goed verklaren, in het bijzonder zijn lage rotatiesnelheid om zichzelf en zijn grote hellingshoek. in hun Natuur artikel, de Technion-onderzoekers presenteren nieuwe analytische berekeningen en gedetailleerde simulaties die de vorming en kenmerken van Arrokoth verklaren.

Het onderzoek werd geleid door Ph.D. student Evgeni Grishin, postdoc dr. Uri Malamud, en hun promotor professor Hagai Perets, in samenwerking met de Duitse onderzoeksgroep in Tübingen.

"Een simpele botsing op hoge snelheid tussen twee willekeurige objecten in de Kuipergordel zou ze verbrijzelen, aangezien ze waarschijnlijk voornamelijk uit zacht ijs bestaan, "zei meneer Grishin. "Aan de andere kant, als de twee lichamen in een cirkelbaan om elkaar cirkelen (vergelijkbaar met de maan die om de aarde draait), en dan langzaam in-spiraal om elkaar zachter te benaderen en contact te maken, De rotatiesnelheid van Arrokoth zou extreem hoog zijn geweest, terwijl de gemeten snelheid eigenlijk vrij laag was in vergelijking met dergelijke verwachtingen. De volledige rotatie van Arrokoth duurt 15,92 uur. In aanvulling, zijn hellingshoek (ten opzichte van het vlak van zijn baan rond de zon) is erg groot - 98 graden - dus hij ligt bijna op de zijkant ten opzichte van zijn baan, een eigenaardige eigenschap op zich."

"Volgens ons model deze twee lichamen draaien om elkaar heen, maar omdat ze samen om de zon draaien, ze vormen in wezen een drievoudig systeem, " zei hij. "De dynamiek van dergelijke drievoudige systemen is complex en staat bekend als het drielichamenprobleem. Het is bekend dat de dynamiek van graviterende drievoudige systemen erg chaotisch is. In onze studie, toonden we aan dat het systeem niet op een eenvoudige en ordelijke manier bewoog, maar gedroeg zich ook niet op een totaal chaotische manier."

"Het evolueerde van het hebben van een brede, relatief cirkelvormige baan, tot een zeer excentrieke, elliptische baan door een langzame (seculiere) evolutie, veel langzamer vergeleken met de omlooptijd van Arrokoth rond de zon, " zei prof. Perets. "We kunnen aantonen dat dergelijke banen uiteindelijk tot een botsing leiden, die, aan de ene kant, zal langzaam zijn, en de voorwerpen niet stukslaan, maar aan de andere kant, produceren een langzaam roterende, sterk hellend object, consistent met de eigenschappen van Arrokoth."

"Onze gedetailleerde simulaties bevestigden dit beeld, en produceerde modellen die sterk leken op Arrokoth's sneeuwpop-uiterlijk, rotatie en helling, " zei dr. Malamud, tot slot.

De onderzoekers onderzochten ook hoe robuust en waarschijnlijk dergelijke processen zijn, en ontdekte dat ze potentieel vrij algemeen waren met maar liefst 20% van alle binaire bestanden met een brede Kuipergordel, en mogelijk op vergelijkbare wijze evolueren.

Tot nu, zeiden de onderzoekers, het was niet mogelijk om de unieke kenmerken van Arrokoth te verklaren. Het is een contra-intuïtief resultaat, maar de kans op botsingen in dergelijke configuraties neemt zelfs toe naarmate het oorspronkelijke binaire getal verder van elkaar gescheiden is (maar nog steeds gebonden) en de initiële kantelhoek dichter bij 90 graden ligt.

"Ons model verklaart zowel de grote kans op botsingen als de unieke gegevens van het verenigde systeem van vandaag, en in feite voorspellen dat nog veel meer objecten in de Kuipergordel, zei meneer Grishin. zelfs Pluto's en Charon's systeem zou kunnen zijn gevormd door een soortgelijk proces, en ze lijken een belangrijke rol te spelen in de evolutie van binaire en maansystemen in het zonnestelsel.