تحقیقات جدید نشان می‌دهد میلیاردها سال پیش، احتملاً پلوتو بزرگ‌ترین قمر خود، «شارون»، را با «بوسه یخی» کوتاهی به دام انداخته باشد. این نظریه می‌تواند توضیح دهد چگونه این سیاره کوتوله توانسته قمری را که تقریباً نصف اندازه خودش است، تصاحب کند.
به گزارش اسپیس، گروهی از محققان نظریه جالبی درباره شکل‌گیری سیستم پلوتو-شارون مطرح کرده‌اند. محققان این پژوهش معتقدند این 2 دنیای منجمد در کمربند کویپر، میلیاردها سال پیش با هم برخورد کردند اما به‌جای اینکه یکدیگر را نابود کنند، به «آدم‌برفی کیهانی» چرخان تبدیل شدند.
پس از این نزدیکی، پلوتو و شارون به‌سرعت از هم جدا شدند اما همچنان به‌صورت مداری به یکدیگر متصل ماندند و سیستم پلوتو-شارون امروزی را شکل داده‌اند. محققان این فرایند را «بوسه و تصاحب» نامیده‌اند.
این نظریه که به‌تازگی در مجله Nature Geoscience منتشر شده است، دید تازه‌ای درمورد نحوه تصاحب قمر و برخوردهای کیهانی ارائه می‌دهد. همچنین به دانشمندان کمک می‌کند قدرت ساختاری دنیاهای منجمد در کمربند کویپر را بهتر بررسی کنند.
«آدین دنتون»، سرپرست تیم و پژوهشگر قمری و سیاره‌ای از دانشگاه آریزونا، توضیح داد: «دریافتیم اگر فرض کنیم پلوتو و شارون اجرامی با مقاومت ساختاری هستند، پلوتو می‌تواند شارون را با برخوردی عظیم تصاحب کند. این تصاحب برخوردی را «بوسه و تصاحب» می‌نامند؛ زیرا پلوتو و شارون مدت کوتاهی با هم ادغام شده‌اند که همان بوسه است، سپس جدا شده و 2 جسم مستقل را تشکیل دادند.»
به گفته دنتون، اغلب سناریوهای برخورد سیاره‌ای در 2 دسته «برخورد و گریز» یا «برخورد سطحی و ادغام» طبقه‌بندی می‌شوند اما سناریوی «بوسه و تصاحب» رویکردی کاملاً جدید است:
«ما واقعاً از بخش بوسه در سناریوی بوسه و تصاحب شگفت‌زده شدیم. پیش‌ازاین، هیچ برخوردی دیده نشده بود که در آن 2 جسم مدتی کوتاه ادغام شده سپس دوباره از هم جدا شوند!»
پلوتو با بوسه‌ای ۱۰ ساعته شارون را جذب کرد
تاکنون رابطه پلوتو و شارون برای دانشمندان چالش‌برانگیز بود؛ زیرا اندازه و جرم این د2 جسم تقریباً مشابه است. دنتون توضیح داد:
«شارون [به‌عنوان قمر] نسبت به پلوتو بسیار بزرگ است و این 2 به‌نوعی سیستم دوتایی تشکیل می‌دهند. اندازه شارون نصف پلوتو است و ۱۲ درصد جرم آن را دارد که آن را بیشتر از هر قمر دیگری در منظومه شمسی به قمر زمین شبیه می‌کند.»
در مقام مقایسه، اندازه ماه فقط یک‌چهارم زمین است اما بزرگ‌ترین قمر منظومه شمسی، «گانیمد»، حدود ۱/۲۸ اندازه سیاره مادرش، مشتری، است.
به گفته دنتون، تصاحب قمری نسبتاً بزرگ به روش «معمولی» دشوار است. روش معمولی همان روش تصاحب گرانشی قمرها، مانند «فوبوس» و «دیموس» در مریخ و قمرهای سیارات غول‌پیکر مشتری و زحل است. نظریه شکل‌گیری سیستم پلوتو-شارون مبتنی‌بر ایده تصاحب برخوردی است؛ مشابه برخورد جرمی عظیم به زمین که مواد لازم برای شکل‌گیری ماه را فراهم کرد:
«جرمی بزرگ به پلوتو برخورد می‌کند و شارون به وجود می‌آید اما مانند سیستم زمین-ماه، دقیقاً نمی‌دانیم این فرایند چگونه و تحت چه شرایطی رخ می‌دهد. این سؤال بسیار بزرگی است؛ زیرا تعدادی دیگر از اجرام بزرگ کمربند کویپر نیز قمرهای بزرگی دارند و به نظر می‌رسد این پدیده در کمربند کویپر مکرر اتفاق می‌افتد اما نمی‌دانیم چگونه یا چرا.»
منظومه پلوتو-شارون در فاز آدم‌برفی چرخان
در فرایند استاندارد تصاحب برخوردی، برخورد عظیمی رخ می‌دهد و 2 جسم به‌شکلی شبیه مایعات کشیده شده و تغییر شکل می‌دهند. در واقع گرمای شدید تولیدشده در اثر برخورد و بیشتر بودن جرم اجسام باعث می‌شود آنها مانند مایع رفتار کنند. این فرایند به‌خوبی تشکیل سیستم زمین-ماه را توضیح می‌دهد.
هنگام بررسی پلوتو و شارون در فرایند تصاحب برخوردی، عاملی اضافی باید در نظر گرفته شود: مقاومت ساختاری اجسام سردتر یخی-سنگی. به گفته دنتون، این موضوع در گذشته، زمانی که پژوهشگران به شکل‌گیری شارون فکر می‌کردند، نادیده گرفته شده بود.
شبیه‌سازی تصاحب برخوردی
تصویر قمر شارون که با تلسکوپ نیوهورایزنز ثبت شده است.
به گفته دنتون، وقتی مقاومت ساختاری اجرام در شبیه‌سازی‌ها لحاظ شد، نتیجه‌ای کاملاً غیرمنتظره به دست آمد:
«چون هر 2 جسم مقاومت مادی دارند، شارون به‌اندازه کافی در پلوتو نفوذ نکرد تا با آن ادغام شود اما اگر اجسام مایع باشند، چنین اتفاقی نمی‌افتد. اگر فرض کنیم پلوتو و شارون در همان شرایط برخورد، مقاومت ندارند، آنها با یکدیگر ادغام شده و جسم بزرگی تشکیل می‌دهند و شارون جذب می‌شود. باوجود مقاومت، پلوتو و شارون حین ادغام کوتاه خود از نظر ساختاری دست‌نخورده می‌مانند.»
ازآنجاکه در این سناریو، شارون نتوانست در پلوتو جذب شود، خارج از «شعاع چرخش مشترک» هر 2 جسم باقی ماند. سرعت چرخش شارون به‌اندازه پلوتو نبود و این 2 جسم نتوانستند با هم ادغام شوند. با جدا شدن آنها، بوسه یخی هم پایان یافت.
دنتون افزود: «بخش بوسه در این سناریو، به‌لحاظ زمین‌شناسی، بسیار کوتاه است و فقط ۱۰ تا ۱۵ ساعت طول می‌کشد تا این 2 جسم دوباره از هم جدا شوند. سپس شارون مهاجرت آهسته خود را به‌سمت موقعیت کنونی‌اش آغاز کرده است.»
محققان معتقدند برخورد اولیه بسیار زود در تاریخ منظومه شمسی رخ داده است؛ احتمالاً ده‌ها میلیون سال پس از شکل‌گیری منظومه شمسی؛ میلیاردها سال پیش. دنتون توضیح داد:
«برخوردهای بزرگ معمولاً به ادغام‌های ساده ختم می‌شوند؛ اجسام ترکیب می‌شوند یا هر 2 مستقل باقی می‌مانند. اما این مورد کاملاً جدید بود. این مسئله سؤالات زمین‌شناسی جالبی مطرح کرد که می‌خواهیم آنها را بررسی کنیم.
اینکه سناریوی بوسه و تصاحب کار می‌کند یا نه، به وضعیت حرارتی پلوتو بستگی دارد. سپس می‌توانیم آن را به زمین‌شناسی حال‌حاضر پلوتو مرتبط و آزمایش کنیم. واقعاً دوست دارم مشخص کنم برخورد اولیه پلوتو و شارون چگونه می‌تواند اقیانوس‌ها را به وجود بیاورد.»
به گفته دنتون، تیم آنها 2 مسیر اصلی برای ادامه این تحقیقات دنبال می‌کند:
«اولین مسیر این است که ببینیم این نظریه چگونه برای دیگر اجرام بزرگ کمربند کویپر با قمرهای بزرگ، مانند «اریس و دیسنومیا»، «ارکوس و ونت» و سایر اجرام صدق می‌کند. تحلیل اولیه ما نشان می‌دهد فرایند بوسه و تصاحب می‌تواند منشأ این سیستم‌ها نیز باشد اما ازآنجاکه این اجرام در ترکیب و جرم خود متفاوت هستند، بسیار مهم است که بفهمیم بوسه و تصاحب چگونه در سراسر کمربند کویپر عمل کرده است.»
دومین مسیری که تیم قصد دارد دنبال کند، شامل بررسی تکامل جزرومدی طولانی‌مدت شارون برای تأیید نظریه شکل‌گیری آنهاست:
«برای اینکه مطمئن شویم این همان فرایندی است که پلوتو و شارون را شکل داده، باید مطمئن شویم شارون به مکان کنونی خود، حدود ۸ برابر عرض پلوتو دورتر، مهاجرت می‌کند اما این فرایند در بازه‌های زمانی بسیار طولانی‌تر از برخورد اولیه رخ می‌دهد و مدل‌های ما برای ردیابی آن مناسب نیستند.»
دنتون افزود: «در نظر داریم در آینده نگاه دقیق‌تری به این موضوع بیندازیم تا تعیین کنیم کدام شرایط نه‌فقط پلوتو و شارون را شکل داده، بلکه شارون را در مکان فعلی‌اش قرار داده است.»
