Ongeveer 4,5 miljard jaar geleden kreeg de dwergplaneet Pluto plotseling gezelschap van een metgezel. Gedurende een zeer korte periode (misschien maar een paar uur) dansten ze hand in hand voordat ze zachtjes uit elkaar gingen, een geweldige do-si-do die ertoe leidde dat Pluto en zijn vijftal manen vandaag samen in een baan om de zon draaien.
Astronomen vragen zich al lang af hoe Charon, de grootste van deze manen, in een baan om Pluto kwam. Een artikel dat maandag in het tijdschrift is gepubliceerd Geowetenschap van de natuur beschreef een mogelijke opeenvolging van gebeurtenissen die de vraag zouden kunnen oplossen.
“De reden dat Pluto en Charon zo interessant zijn, is omdat Charon 50 procent zo groot is als Pluto”, zegt Adeene Denton, een planetaire wetenschapper van de Universiteit van Arizona die het onderzoek leidde. “Het enige vergelijkbare systeem is de aarde en haar maan.”
Charon heeft een diameter van ongeveer 1200 kilometer, terwijl Pluto een diameter van bijna 2400 kilometer heeft. Deze grootteverhouding suggereert dat sommige conventionele scenario’s die verklaren hoe de manen ontstaan, onwaarschijnlijk zijn, inclusief theorieën dat Charon gevormd werd uit puin rond Pluto of werd gevangen door zijn zwaartekracht. Kan het bestaan van Charon worden verklaard door het soort botsing dat vermoedelijk de maan van de aarde heeft gevormd?
De afmetingen van Pluto en Charon zorgden ervoor dat het moeilijk was om erachter te komen hoe ze “niet zomaar als twee druppels vloeistof samensmolten”, het meest waarschijnlijke resultaat van zo’n explosief scenario, zei Erik Asphaug, ook een planetair wetenschapper aan de Universiteit van Arizona. en co-auteur op het papier.
Pluto en Charon bevinden zich in een gebied van het buitenste zonnestelsel voorbij Neptunus, de Kuipergordel, waardoor ze erg rotsachtig en ijskoud zijn. Door deze eigenschappen in hun model op te nemen, bedacht het onderzoeksteam een scenario waarin de twee lichamen met elkaar in botsing kwamen en vast kwamen te zitten zonder samen te smelten.
Als Charon Pluto zou raken met een relatief rustige snelheid van ongeveer 3.000 kilometer per uur – tien keer langzamer dan de inslag die de aarde vormde – zouden de twee ongeveer tien uur met elkaar in contact zijn gebleven voordat ze geleidelijk uit elkaar dreven, maar wel bij elkaar bleven. De onderzoekers beschreven deze ontmoeting als een ‘kiss and hold’.
De hardheid van de twee lichamen verhinderde dat ze braken, zei Dr. Denton.
Pluto zou op dat moment eens in de drie uur roteren (de lengte van een dag op Pluto vandaag is ongeveer 150 uur), dus beide zouden drie keer roteren terwijl ze samengevoegd waren. Het impulsmoment van de draaiende Pluto zou Charon dan langzaam hebben weggeduwd, maar wat nog belangrijker was, hem gevangen laten houden in de baan van Pluto.
Bill McKinnon, een planetaire wetenschapper aan de Washington University in St. Louis, zei dat een dergelijk scenario “logisch” is gezien het grote aantal objecten dat vermoedelijk rond de Kuipergordel zweefde in het vroege zonnestelsel. “Het vastleggen van botsingen is waarschijnlijk een veel voorkomend proces”, zei hij, terwijl wordt aangenomen dat er ook veel andere grote binaire objecten in de Kuipergordel voorkomen.
De inslag zou betekenen dat “in principe het hele oppervlak van Pluto weer boven water zou komen”, zei dr. Denton, waarbij Charon het grootste deel van zijn oppervlakte-ijs zou verliezen aan zijn metgezel. “De impact is een geologische reset van het systeem”, voegde hij eraan toe.
Het zou ook kunnen hebben geresulteerd in de vorming van Pluto’s andere vier bekende manen – Nix, Styx, Kerberos en Hydra – die klein zijn vergeleken met Charon en verschenen toen NASA’s New Horizons-ruimtevaartuig in 2015 langs Pluto vloog.
Het model van het team zou een nieuwe verklaring kunnen bieden voor de manier waarop sommige manen in een baan om andere werelden terechtkomen. “Het voegt een nieuwe wending toe aan de natuurkunde”, zei Dr. Asphaug. “We hadden het idee dat geweld er niet toe doet in conflicten. We moeten deze hypothese heroverwegen, zelfs voor de vorming van onze maan.”
Een gedetailleerdere studie van Pluto kan ons vertellen of zijn kosmische dans daadwerkelijk heeft plaatsgevonden, hoewel het waarschijnlijk nog lang zal duren voordat een ander ruimtevaartuig de dwergplaneet bezoekt.
“Als Charon een deel van zijn gesteente op Pluto zou deponeren, zou je dat in de zwaartekrachtgegevens kunnen zien”, zei dr. Denton. “Helaas moeten we terug naar Pluto om dat te testen.”