Det tog flere millioner år for Arrokothn at erhverve sin bizarre, pandekage-flad form

Det trans-neptunske objekt Arrokoth, også kendt som Ultima Thule, som NASAs rumsonde New Horizons bestod nytårsdag 2019, kan have ændret sin form betydeligt i de første 100 millioner år siden dens dannelse. I dagens udgave af tidsskriftet Natur astronomi , forskere ledet af det kinesiske videnskabsakademi og Max Planck Institute for Solar System Research (MPS) foreslår, at den nuværende form af Arrokoth, som ligner en fladtrykt snemand, kunne være af evolutionær oprindelse på grund af flygtig afgasning. Deres beregninger hjælper med at forstå, hvad den aktuelle tilstand af legemer fra kanten af ​​solsystemet kan lære os om deres oprindelige egenskaber.

De mange millioner af kroppe, der befolker Kuiperbæltet ud over Neptuns kredsløb, mangler endnu at afsløre mange af deres hemmeligheder. I 1980'erne, rumsonderne Pioneer 1 og 2 samt Voyager 1 og 2 krydsede denne region men uden kameraer om bord. NASAs rumfartøj New Horizons sendte de første billeder fra den yderste kant af solsystemet til Jorden:i sommeren 2015 af dværgplaneten Pluto og tre et halvt år senere af det trans-neptunske objekt Arrokoth, omkring 30 kilometer i størrelse. Endnu ikke officielt navngivet, liget fik tilnavnet Ultima Thule på det tidspunkt, med henvisning til det nordligste landpunkt på Jorden. Trods alt, det trans-neptunske objekt er det legeme, der er længst væk fra Solen, som nogensinde er blevet besøgt og afbildet af en menneskeskabt sonde.

Især Arrokoths mærkelige form vakte en sensation i dagene efter forbiflyvningen. Kroppen er en kontakt binær, menes at være et resultat af lavhastighedssammensmeltning af to separate legemer, der dannede tæt sammen. Den er sammensat af to forbundne lapper, hvoraf den mindste er lidt flad, den større stærkt så, skabe indtryk af en knust snemand. I deres nuværende publikation, forskerne fra Kina, Tyskland, og USA undersøger, hvordan denne form blev til. En udtalt to-lappet form kendes også fra nogle kometer. Imidlertid, der er ingen anden kendt krop, der er så flad som Arrokoth. Så Arrokoth allerede sådan ud, da den blev oprettet? Eller udviklede dens form sig gradvist?

"Vi kan godt lide at tænke på Kuiperbæltet som en region, hvor tiden mere eller mindre har stået stille siden solsystemets fødsel, " forklarer Ladislav Rezac fra MPS, en af ​​de to første forfattere til den aktuelle publikation. Mere end fire milliarder kilometer væk fra Solen, Kuiperbæltets kroppe er forblevet frosne og uændrede, så er den almindelige overbevisning. New Horizons billeder af Arrokoth udfordrer denne idé ved dens tilsyneladende glatte overflade uden tegn på hyppige kraterbegivenheder og ved dens ejendommelige, fladtrykt form. Forskere antager, at solsystemet blev dannet for 4,6 milliarder år siden ud fra en støvskive:Partiklerne fra denne tåge agglomererede til stadig større klumper; disse klumper stødte sammen og smeltede sammen til endnu større kroppe. "Der er endnu ingen forklaring på, hvordan en krop så flad som Arrokoth kunne komme ud af denne proces, " siger Rezac.

En anden mulighed ville være, at Arrokoth havde en mere almindelig form til at begynde med. Det kan være startet som en sammensmeltning mellem et sfærisk og et oblatet legeme på tidspunktet for dets oprettelse og kun gradvist blive fladt. Tidligere undersøgelser tyder på, at under dannelsen af ​​solsystemet, regionen, hvor Arrrokoth er placeret, kunne have været et særskilt miljø i kulden, støvskygget midtplan af den ydre tåge. De lave temperaturer gjorde det muligt for flygtige stoffer som kulilte og metan at fryse fast på støvkorn og danne planetesimaler. Da tågestøvet forsvandt efter Arrokoths dannelse, solbelysning ville have hævet dens temperatur og dermed hurtigt drevet de kondenserede flygtige stoffer væk. Arrokoths mærkelige form ville da være et naturligt resultat på grund af en gunstig kombination af dens store skævhed, lille excentricitet og massetabsvariation med solflux, hvilket resulterer i næsten symmetrisk erosion mellem den nordlige og sydlige halvkugle.

"For at en krop skal ændre sin form så ekstremt som Arrokoth, dens rotationsakse skal orienteres på en særlig måde, " forklarer Rezac. I modsætning til Jordens rotationsakse, Arrokoths er næsten parallel med orbitalplanet. I løbet af sin 298 år lange kredsløb om Solen, et polarområde i Arrokoth vender konstant mod Solen i næsten halvdelen af ​​tiden, mens det andet vender væk. Regioner ved ækvator og lavere breddegrader er domineret af døgnvariationer året rundt. "Dette får polerne til at varme mest op, så frosne gasser slipper ud derfra mest effektivt, hvilket resulterer i et stærkt massetab, " says Yuhui Zhao from the Purple Mountain Observatory of the Chinese Academy of Sciences. The flattening process most likely occurred early in the evolution history of the body and proceeded rather quickly on a timescale of about one to 100 million years during the presence of super volatile ices in the near subsurface layers. In addition, the scientists self-consistently demonstrated that the induced torques would play a negligible role in the planetesimal's spin state change during the mass loss phase.

"How many of such 'flattened snowman' bodies are in the Kuiper Belt depends primarily on the probability of a body having a spin-axis inclination similar to Arrokoth's and on the amount of super-volatile ices present near its subsurface, " Rezac says. There are reasons to believe that even objects like Arrokoth had considerable amounts of super-volatiles that have escaped during its early evolution. For instance, Pluto, due to its size and stronger gravity retains carbon monoxide, nitrogen and methane gasses even today. In the case of smaller bodies, these volatiles would long have escaped into space.