Représentation artistique de l'impact énorme et lent sur Pluton qui a conduit à la structure en forme de cœur à sa surface. Crédit : Université de Berne, Thibaut Roger, édité
Le mystère de comment Pluton La découverte d'une caractéristique géante en forme de cœur à sa surface a finalement été résolue par une équipe internationale d'astrophysiciens dirigée par le Université de Berne et membres du Pôle national de compétence en recherche (PRN) PlanetS. L’équipe est la première à reproduire avec succès cette forme inhabituelle à l’aide de simulations numériques, en l’attribuant à un impact géant et lent à angle oblique.
Depuis que les caméras de NASALa mission New Horizons de a découvert une grande structure en forme de cœur à la surface de la planète naine Pluton en 2015. Ce « cœur » a intrigué les scientifiques en raison de sa forme unique, de sa composition géologique et de son élévation. Des scientifiques de l'Université de Berne en Suisse et de l'Université d'Arizona ont utilisé des simulations numériques pour étudier les origines de Spoutnik Planitia, la partie occidentale en forme de larme de la surface du cœur de Pluton.
Selon leurs recherches, les débuts de l'histoire de Pluton ont été marqués par un événement cataclysmique qui a formé Spoutnik Planitia : une collision avec un corps planétaire d'un peu plus de 400 milles de diamètre, soit à peu près la taille de l'Arizona du nord au sud. Les conclusions de l'équipe, publiées dans Astronomie naturellesuggèrent également que la structure interne de Pluton est différente de ce qui était supposé auparavant, ce qui indique qu'il n'y a pas d'océan souterrain.
« La formation de Spoutnik Planitia offre une fenêtre critique sur les premières périodes de l'histoire de Pluton », a déclaré Adeene Denton, planétologue au laboratoire lunaire et planétaire de l'UArizona et co-auteur de l'article. « En élargissant notre enquête pour inclure des scénarios de formation plus inhabituels, nous avons découvert des possibilités totalement nouvelles pour l'évolution de Pluton, qui pourraient s'appliquer à d'autres Ceinture de Kuiper les objets aussi.
Vue de Pluton prise par la sonde spatiale New Horizons de la NASA le 14 juillet 2015. Crédit : NASA/Laboratoire de physique appliquée de l'Université Johns Hopkins/Institut de recherche du Sud-Ouest
Un cœur divisé
Le « cœur », également connu sous le nom de Tombaugh Regio, a attiré l'attention du public dès sa découverte. Mais il a aussi immédiatement suscité l’intérêt des scientifiques car il est recouvert d’un matériau à haut albédo qui réfléchit plus de lumière que son environnement, créant ainsi sa couleur plus blanche. Cependant, le cœur n’est pas composé d’un seul élément. Spoutnik Planitia couvre une superficie d’environ 750 milles sur 1 250, soit l’équivalent d’un quart de l’Europe ou des États-Unis. Ce qui est frappant, cependant, c'est que cette région est environ 2,5 miles plus basse en altitude que la majeure partie de la surface de Pluton.
« Alors que la grande majorité de la surface de Pluton est constituée de glace de méthane et de ses dérivés recouvrant une croûte de glace d'eau, Planitia est principalement remplie de glace d'azote, qui s'est très probablement accumulée rapidement après l'impact en raison de l'altitude plus basse », a déclaré l'auteur principal. de l'étude, Harry Ballantyne, chercheur associé à Berne. La partie orientale du cœur est également recouverte d’une couche similaire mais beaucoup plus fine de glace azotée, dont l’origine reste encore floue pour les scientifiques, mais est probablement liée à Spoutnik Planitia.
Un impact oblique
La forme allongée de Spoutnik Planitia et sa localisation à l'équateur suggèrent fortement que l'impact n'a pas été une collision frontale directe mais plutôt oblique, selon Martin Jutzi de l'Université de Berne, à l'origine de l'étude. Comme plusieurs autres dans le monde, l’équipe a utilisé le logiciel de simulation Smoothed Particle Hydrodynamics pour recréer numériquement de tels impacts, en faisant varier à la fois la composition de Pluton et de son impacteur, ainsi que la vitesse et l’angle de l’impacteur. Ces simulations ont confirmé les soupçons des scientifiques sur l'angle d'impact oblique et ont déterminé la composition de l'impacteur.
« Le noyau de Pluton est si froid que les roches sont restées très dures et n'ont pas fondu malgré la chaleur de l'impact, et grâce à l'angle d'impact et à la faible vitesse, le noyau de l'impacteur ne s'est pas enfoncé dans le noyau de Pluton, mais est resté intact. comme une éclaboussure dessus », a déclaré Ballantyne. Cette résistance du noyau et cette vitesse relativement faible ont été essentielles au succès de ces simulations : une résistance moindre entraînerait une caractéristique de surface restante très symétrique qui ne ressemble pas à la forme de larme observée par la sonde New Horizons de la NASA lors de son survol de Pluton en 2015. .
« Nous sommes habitués à considérer les collisions planétaires comme des événements incroyablement intenses dont vous pouvez ignorer les détails, à l'exception de choses comme l'énergie, l'élan et la densité », a déclaré Erik Asphaug, professeur au Laboratoire lunaire et planétaire et co-auteur de l'étude, dont l'équipe a collaboré avec son équipe. collègues suisses depuis 2011, explorant l'idée de « splats » planétaires pour expliquer, par exemple, les caractéristiques de la face cachée de la Lune. « Dans le système solaire lointain, les vitesses sont bien plus lentes que celles plus proches du soleil, et la glace solide est solide, vous devez donc être beaucoup plus précis dans vos calculs. C'est là que le plaisir commence.
Pas d’océan souterrain sur Pluton
L'étude actuelle apporte également un nouvel éclairage sur la structure interne de Pluton. En fait, un impact géant comme celui simulé est beaucoup plus susceptible de s'être produit très tôt dans l'histoire de Pluton qu'à une époque plus récente. Cependant, cela pose un problème : une dépression géante comme Spoutnik Planitia devrait lentement dériver vers le pôle de la planète naine au fil du temps en raison des lois de la physique, car elle est moins massive que son environnement. Elle est pourtant restée proche de l'équateur. L’explication théorisée précédente invoquait un océan d’eau liquide souterrain, semblable à plusieurs autres corps planétaires du système solaire externe. Selon cette hypothèse, la croûte glacée de Pluton serait plus fine dans la région de Spoutnik Planitia, provoquant un gonflement de l'océan vers le haut, et comme l'eau liquide est plus dense que la glace, provoquant un excédent de masse qui induit une migration vers l'équateur.
La nouvelle étude offre une perspective alternative, selon les auteurs, en faisant référence à des simulations dans lesquelles tout le manteau primordial de Pluton est excavé par l'impact, et lorsque le matériau du noyau de l'impacteur éclabousse le noyau de Pluton, cela crée un excès de masse local qui peut expliquer l'impact. migration vers l’équateur sans océan souterrain, ou tout au plus très mince.
Denton, qui s'est déjà lancé dans un projet de recherche visant à estimer la vitesse de cette migration, a déclaré que cette hypothèse nouvelle et créative sur l'origine de la forme en forme de cœur de Pluton pourrait conduire à une meilleure compréhension de l'origine de la planète naine.
