2008.02.26. - A Pluto új holdjainak eredete

Egy új kutatás szerint a 2005-ben felfedezett, majd 2006-ban elnevezett kis holdjait alkotó anyagot a Pluto a Naprendszer keletkezésének idejéből visszamaradt porból fogta be.

A Pluto kicsiny holdjait 2005-ben, a Hubble űrteleszkóp észlelési kampányának eredményeként fedezték fel. Nevet - Nix és Hydra - 2006-ban kaptak. Az egyébként szintén 2006-ban "visszaminősített" Pluto holdrendszere így már három tagot számlál, ezért a holdak származásának kérdése is egyre érdekesebb probléma.

A holdrendszer legnagyobb tagja, az 1978 óta ismert Charon keletkezésének körülményei az aktuálisan elfogadott elmélet szerint leginkább saját kísérőnk, a Hold létrejöttéhez hasonlítanak. Eszerint a hold anyagát a formálódó Plutoból egy nagy ütközés szakította ki, s állította a csonkolt égitest körüli pályára. Az idők folyamán aztán az árapály-erők lelassították a párost, s így alakult ki a Charon ma ismert kötött pályája. A Nix és Hydra holdakra vonatkozó elmélet is hasonló keletkezési mechanizmust sugall. Kérdés azonban, hogy ugyanazon ütközés következtében jöhettek-e létre, mint a Charon, vagy egy másik katasztrófa eredményezhette őket.

A Pluto és holdjai a Hubble Space Telescope felvételén.
[NASA, ESA, H. Weaver (JHU/APL), A. Stern (SwRI), HST Pluto Companion Search Team]

Mindkét holdacska pályája csak kissé tér el a körtől. Közülük a kisebb Nix van közelebb a Plutohoz, távolsága 48700 km, míg a távolabbi Hydra pályasugara 64800 km. Mindkét égitest ún. középmozgás-rezonanciában van a Charon holddal, a Nix esetében ennek aránya 4:1, a Hydra esetében pedig 6:1. Ez azt jelenti, hogy a Nix és a Hydra egyszer-egyszer kerüli meg a Plutot, míg a Charon négyszer, illetve hatszor. A Naprendszerben hasonló rezonanciákra számos példa található, az ilyen mozgások valószínűleg hosszú dinamikai fejlődés eredményeként jönnek létre.

A három Pluto-hold pályája.
[NASA/Space Telescope Science Institute (STScI)]

A Nix és a Hydra esetében a középmozgás-rezonanciák magyarázata a Pluto-rendszer keletkezési körülményeiben kereshető. Ha feltesszük, hogy szintén a Charont létrehozó ütközés eredményeként jöttek létre, akkor a legegyszerűbb magyarázat az, hogy egy darabban szakadtak ki az ütköző égistestekből, majd a Pluto-Charon rendszer gravitációs tere befogta őket. Ezzel az elképzeléssel az a probléma, hogy az ilyen ütközések során keletkező darabok várhatóan nagy excentricitású pályákra kerülnek, melyekből a Nix és a Hydra esetében tapasztalt majdnem kör alakú pályák kialakulása nehezen magyarázható.

Egy másik lehetőség - még mindig az ütközéses elmélet keretein belül -, hogy a holdak nem egyben szakadtak ki, hanem az ütközés törmelékéből álltak össze hosszabb idő alatt. A növekvő holdak pályái aztán a törmelék apró részecskéinek folyamatos hatására érhették el végül a kör alakot. Sajnos ezzel az elképzeléssel is van gond. Numerikus szimulációk azt mutatják, hogy az ütközés eredményeként létrejövő törmelékkorong rendkívül kompakt lenne, kisebb, mint a holdak mai pályáinak mérete. Elképzelhető lenne még az is, hogy a holdacskák a törmelékkorongból keletkeztek ugyan a Pluto közvetlen közelében, de a Charon gravitációs hatására kifele vándoroltak, s így érték el a mai, a korongtól távoli pályáikat. A szimulációk azonban ennek a lehetőségnek is nagyon kicsiny esélyt adnak.

A rezonanciák vizsgálatának leggyakrabban használt eszköze az ún. metszésfelületi módszer, melynek segítségével a rendszer fázisterének trajektóriái, a pályák tulajdonságai tanulmányozhatók.
[Lithwick és Wu]

A megoldást talán Yoram Lithwick és Yanqin Wu (University of Toronto) javaslata jelenti. Számításaik szerint a fenti problémákat elkerülhetjük, ha feltesszük, hogy a két hold nem két, a Kuiper-övben keringő égistest ütközésének eredményeként alakult ki, ami egyébként a Charont is létrehozta, hanem egy olyan plutocentrikus porkorongból, amit a Pluto a Naprendszer keletkezésének idejéből megmaradt anyagból gyűjtött össze a Nap körüli keringése során. Így természetesen az is elképzelhető, hogy a Kuiper-öv számtalan más objektuma is rendelkezhet a Pluto kicsiny holdjaihoz hasonló, ugyanilyen módon keletkezett kísérőkkel.

A kérdés tisztázásához hozzájárulhat majd a 2006 januárjában felbocsátott New Horizons szonda is, ha 2015/2016-ban eléri célját, a Pluto rendszerét és a Kuiper-övet.

Az eredményeket részletező szakcikk az Astrophysical Journal c. folyóiratban fog megjelenni.

Forrás:

• UniverseToday
• arXiv:0802.2951v1 [astro-ph]