Chỉ trong vài triệu năm, Arrokoth, còn được biết đến với biệt danh Ultima Thule, mới có được hình dạng bánh kếp kỳ dị

Vật thể xuyên sao Hải Vương Arrokoth, còn được gọi là Ultima Thule, mà tàu thăm dò không gian New Horizons của NASA đã đi qua vào ngày đầu năm mới 2019, có thể đã thay đổi hình dạng đáng kể trong 100 triệu năm đầu tiên kể từ khi hình thành. Trong số ra trên tạp chí Nature Astronomy , các nhà nghiên cứu dẫn đầu bởi Học viện Khoa học Trung Quốc và Viện Max Planck về Nghiên cứu Hệ Mặt trời (MPS) cho rằng hình dạng hiện tại của Arrokoth, giống người tuyết dẹt, có thể có nguồn gốc tiến hóa do khí thải dễ bay hơi. Các tính toán của họ giúp hiểu được trạng thái hiện tại của các thiên thể từ rìa Hệ Mặt trời có thể dạy chúng ta những gì về các đặc tính ban đầu của chúng.

Hàng triệu thiên thể nằm trong Vành đai Kuiper ngoài quỹ đạo của Sao Hải Vương vẫn chưa tiết lộ nhiều bí mật của chúng. Tàu vũ trụ New Horizons của NASA đã gửi những hình ảnh đầu tiên từ rìa ngoài cùng của hệ mặt trời về Trái đất: vào mùa hè năm 2015 của hành tinh lùn Pluto và ba năm rưỡi sau của vật thể xuyên Neptunian Arrokoth, có kích thước khoảng 30 km. Chưa được đặt tên chính thức, vật thể này có biệt danh là Ultima Thule vào thời điểm đó, liên quan đến điểm đất ở cực bắc trên Trái đất. Xét cho cùng, vật thể xuyên sao Hải Vương là vật thể ở xa Mặt trời nhất từng được thăm dò và chụp ảnh bởi một tàu thăm dò nhân tạo.

Đặc biệt là hình dạng kỳ lạ của Arrokoth đã gây xôn xao dư luận trong những ngày sau khi bay qua. Cơ thể là một hệ nhị phân tiếp xúc, được cho là kết quả của sự hợp nhất với tốc độ thấp của hai vật thể riêng biệt hình thành gần nhau. Nó bao gồm hai thùy nối liền với nhau, trong đó thùy nhỏ hơn hơi dẹt, thùy lớn hơn tạo nên ấn tượng về một người tuyết bị bẹp. Trong ấn phẩm hiện tại của họ, các nhà nghiên cứu từ Trung Quốc, Đức và Mỹ đã tìm hiểu xem hình dạng này ra đời như thế nào. Hình dạng hai thùy rõ rệt cũng được biết đến từ một số sao chổi. Tuy nhiên, không có cơ thể nào khác được biết đến là phẳng như Arrokoth. Arrokoth có giống như thế này khi nó được tạo ra không? Hay hình dạng của nó đã phát triển dần dần?

Tiến sĩ Ladislav Rezac từ MPS, một trong hai tác giả đầu tiên của ấn phẩm hiện tại, giải thích: “Chúng tôi thích nghĩ về Vành đai Kuiper như một khu vực mà thời gian ít nhiều đứng yên kể từ khi Hệ Mặt trời ra đời”. Cách xa Mặt trời hơn 4 tỷ km, các thiên thể của Vành đai Kuiper vẫn bị đóng băng và không thay đổi, do đó người ta vẫn tin tưởng. Những hình ảnh về Arrokoth của New Horizon thách thức ý tưởng này bởi bề mặt dường như nhẵn của nó, không có dấu hiệu của các sự kiện đóng thùng thường xuyên và bởi hình dạng dẹt đặc biệt của nó. Các nhà khoa học giả định rằng Hệ Mặt trời được hình thành cách đây 4,6 tỷ năm từ một đĩa bụi: các hạt từ tinh vân này kết tụ lại thành những đám lớn hơn bao giờ hết; các khối này va chạm và hợp nhất thành các khối lớn hơn. “

Một khả năng khác là Arrokoth ban đầu có hình dạng bình thường hơn. Nó có thể bắt đầu như một sự hợp nhất giữa một vật thể hình cầu và một vật thể hình cầu vào thời điểm tạo ra nó và chỉ dần dần trở nên phẳng hơn. Các nghiên cứu trước đó cho thấy rằng trong quá trình hình thành Hệ Mặt trời, khu vực nơi Arrrokoth tọa lạc có thể là một môi trường khác biệt trong mặt phẳng giữa lạnh và có bụi của tinh vân bên ngoài. Nhiệt độ thấp tạo điều kiện cho các chất bay hơi như carbon monoxide và mêtan đóng băng thành các hạt bụi và tạo thành các hành tinh. Khi bụi hình cầu tan sau khi Arrokoth hình thành, sự chiếu sáng của mặt trời sẽ làm tăng nhiệt độ của nó và do đó nhanh chóng làm bay hơi các chất bay hơi ngưng tụ. Hình dạng kỳ lạ của Arrokoth sau đó sẽ là một kết quả tự nhiên do sự kết hợp thuận lợi của độ xiên lớn của nó,

Rezac giải thích: “Để một cơ thể có thể thay đổi hình dạng giống như Arrokoth, trục quay của nó cần được định hướng theo một cách đặc biệt. Không giống như trục quay của Trái đất, Arrokoth gần như song song với mặt phẳng quỹ đạo. Trong suốt 298 năm quỹ đạo quay quanh Mặt trời, một vùng cực của Arrokoth đối mặt với Mặt trời liên tục trong gần một nửa thời gian trong khi vùng còn lại quay mặt đi. Các khu vực ở xích đạo và vĩ độ thấp hơn bị chi phối bởi sự thay đổi ngày quanh năm. Tiến sĩ Yuhui Zhao từ Đài quan sát Núi Tím thuộc Học viện Khoa học Trung Quốc cho biết: “Điều này làm cho các cực nóng lên nhiều nhất, do đó các khí đông lạnh thoát ra khỏi đó một cách hiệu quả nhất, dẫn đến mất khối lượng mạnh”. Quá trình làm phẳng rất có thể xảy ra sớm trong lịch sử tiến hóa của cơ thể và diễn ra khá nhanh trong khoảng thời gian khoảng một đến 100 triệu năm khi có sự hiện diện của các băng siêu dễ bay hơi trong các lớp gần bề mặt. Ngoài ra, các nhà khoa học tự chứng minh rằng các mômen cảm ứng sẽ đóng một vai trò không đáng kể trong sự thay đổi trạng thái spin của hành tinh trong giai đoạn mất khối lượng.

Rezac nói: “Có bao nhiêu trong số những cơ thể ‘người tuyết dẹt’ như vậy trong Vành đai Kuiper phụ thuộc chủ yếu vào xác suất của một cơ thể có độ nghiêng trục quay tương tự như Arrokoth và vào số lượng băng siêu dễ bay hơi gần bề mặt của nó”. Có những lý do để tin rằng ngay cả những vật thể như Arrokoth cũng có một lượng đáng kể chất siêu bay hơi đã thoát ra trong quá trình tiến hóa ban đầu của nó. Ví dụ, sao Diêm Vương, do kích thước và lực hấp dẫn mạnh hơn của nó vẫn giữ lại khí carbon monoxide, nitơ và khí mêtan cho đến ngày nay. Trong trường hợp các vật thể nhỏ hơn, những chất bay hơi này đã thoát ra ngoài không gian từ lâu.

Nguồn truyện:

Tài liệu do Viện Nghiên cứu Hệ Mặt trời Max Planck cung cấp . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.

Tham khảo Tạp chí :

1. Y. Zhao, L. Rezac, Y. Skorov, SC Hu, NH Samarasinha, J.-Y. Li. Thăng hoa như một cơ chế hiệu quả cho các thùy dẹt của (486958) Arrokoth . Thiên văn học Tự nhiên , 2020; DOI: 10.1038 / s41550-020-01218-7