De aanwas van nieuw materiaal tijdens de formatie van Pluto heeft mogelijk genoeg warmte gegenereerd om een ​​vloeibare oceaan te creëren die tot op de dag van vandaag onder een ijzige korst heeft bestaan, ondanks de baan van de dwergplaneet ver van de zon in de koude buitenste regionen van het zonnestelsel.

Dit "hot start"-scenario, gepresenteerd in een paper gepubliceerd op 22 juni in Natuur Geowetenschappen , staat in contrast met het traditionele beeld van Pluto's oorsprong als een bal van bevroren ijs en gesteente waarin radioactief verval uiteindelijk genoeg warmte had kunnen genereren om het ijs te smelten en een ondergrondse oceaan te vormen.

"Lange tijd hebben mensen nagedacht over de thermische evolutie van Pluto en het vermogen van een oceaan om tot op de dag van vandaag te overleven, " zei co-auteur Francis Nimmo, hoogleraar aard- en planetaire wetenschappen aan UC Santa Cruz. "Nu we beelden hebben van het oppervlak van Pluto van NASA's New Horizons-missie, we kunnen vergelijken wat we zien met de voorspellingen van verschillende thermische evolutiemodellen."

Omdat water uitzet als het bevriest en samentrekt als het smelt, de scenario's met warme start en koude start hebben verschillende implicaties voor de tektoniek en de resulterende oppervlaktekenmerken van Pluto, verklaarde eerste auteur en UCSC-afgestudeerde student Carver Bierson.

"Als het koud begon en het ijs inwendig smolt, Pluto zou zijn samengetrokken en we zouden compressiekenmerken op het oppervlak moeten zien, overwegende dat als het warm begon, het zou moeten uitzetten toen de oceaan bevroor en we uitbreidingskenmerken aan het oppervlak zouden moeten zien, "Zei Bierson. "We zien veel bewijzen van expansie, maar we zien geen bewijs van compressie, dus de waarnemingen zijn meer consistent met Pluto die begint met een vloeibare oceaan."

De thermische en tektonische evolutie van een koudstart Pluto is eigenlijk een beetje ingewikkeld, omdat na een aanvankelijke periode van geleidelijk smelten de ondergrondse oceaan opnieuw zou beginnen te bevriezen. Dus compressie van het oppervlak zou al vroeg plaatsvinden, gevolgd door een recentere uitbreiding. Met een warme start uitbreiding zou plaatsvinden in de hele geschiedenis van Pluto.

"De oudste oppervlaktekenmerken op Pluto zijn moeilijker te achterhalen, maar het lijkt erop dat er zowel oude als moderne uitbreiding van het oppervlak was, ' zei Nimmo.

De volgende vraag was of er genoeg energie beschikbaar was om Pluto een warme start te geven. De twee belangrijkste energiebronnen zijn warmte die vrijkomt door het verval van radioactieve elementen in het gesteente en zwaartekracht-energie die vrijkomt wanneer nieuw materiaal het oppervlak van de groeiende protoplaneet bombardeert.

De berekeningen van Bierson toonden aan dat als alle zwaartekrachtsenergie als warmte zou worden vastgehouden, het zou onvermijdelijk een aanvankelijke vloeibare oceaan creëren. In praktijk, echter, veel van die energie zou wegstralen van het oppervlak, vooral als de aanwas van nieuw materiaal langzaam plaatsvond.

"Hoe Pluto in de eerste plaats werd samengesteld, maakt veel uit voor zijn thermische evolutie, " zei Nimmo. "Als het te langzaam opbouwt, het hete materiaal aan het oppervlak straalt energie de ruimte in, maar als het snel genoeg opbouwt, wordt de warmte binnenin vastgehouden."

De onderzoekers berekenden dat als Pluto zich zou vormen over een periode van minder dan 30, 000 jaar, dan zou het warm begonnen zijn. Indien, in plaats daarvan, aanwas vond plaats over een paar miljoen jaar, een hete start zou alleen mogelijk zijn als grote impactoren hun energie diep onder het oppervlak zouden begraven.

De nieuwe bevindingen impliceren dat andere grote objecten in de Kuipergordel waarschijnlijk ook warm begonnen en vroege oceanen hadden kunnen hebben. Deze oceanen kunnen tot op de dag van vandaag bestaan ​​in de grootste objecten, zoals de dwergplaneten Eris en Makemake.

"Zelfs in deze koude omgeving zo ver van de zon, al deze werelden zouden snel en heet kunnen zijn gevormd, met vloeibare oceanen, ' zei Bierson.

Naast Bierson en Nimmo, het papier was co-auteur van Alan Stern van het Southwest Research Institute, de hoofdonderzoeker van de New Horizons-missie.