Het kosmische sneeuwpop mysterie ontrafeld: Wetenschappers achterhalen Arrokoths eigenaardige formatie

Nederland - Ekhbary Nieuwsagentschap

Het kosmische sneeuwpop mysterie ontrafeld: Wetenschappers achterhalen Arrokoths eigenaardige formatie

Op 1 januari 2019 schreef NASA's New Horizons-missie geschiedenis toen het het eerste ruimtevaartuig werd dat een nauwe scheervlucht uitvoerde langs Arrokoth, een Kuipergordelobject (KBO) gelegen voorbij de baan van Pluto. Maar de grotere prestatie was niet louter de scheervlucht, maar de beelden die het vastlegde, die een object met een kenmerkend sneeuwpopvormig profiel onthulden, wat astronomen wereldwijd verraste en verbijsterde. Sindsdien zijn wetenschappers in een intens debat verwikkeld geraakt over hoe zulke eigenaardige objecten zich konden vormen in de ijzige, verre uithoeken van ons zonnestelsel. Nu geloven onderzoekers van Michigan State University (MSU) het antwoord te hebben gevonden, en het is opmerkelijk eenvoudig: zwaartekrachtinstorting.

Arrokoth bevindt zich in de Kuipergordel, een uitgestrekt, ijzig gebied voorbij de baan van Neptunus, bevolkt door miljoenen ijzige lichamen die vaak 'iceteroïden' worden genoemd. Deze objecten zijn ongerepte overblijfselen uit de begintijd van het zonnestelsel en bewaren omstandigheden en samenstellingen van bijna 4,5 miljard jaar geleden. Planetesimalen, de bouwstenen van planeten, vormden zich op vergelijkbare wijze uit de roterende schijf van gas en stof die onze jonge Zon omringde na haar eigen zwaartekrachtinstorting. Wat Arrokoth zo raadselachtig maakte, was dat ongeveer 1 op de 10 van deze KBO's in feite 'contactbinaire objecten' zijn – twee afzonderlijke objecten die op een opmerkelijk zachte manier zijn samengesmolten, wat resulteert in unieke vormen zoals de sneeuwpop.

Eerdere computationele modellen hadden lange tijd moeite om deze formatie te verklaren. Deze modellen, vaak gebaseerd op vloeistofdynamica, hadden de mogelijkheid dat objecten zulke unieke en stabiele vormen aannemen, effectief uitgesloten. Bovendien konden andere theorieën die unieke gebeurtenissen of zeldzame fenomenen postuleerden, de waargenomen gemeenschappelijkheid van deze contactbinaire objecten niet verklaren. De uitdaging was om een mechanisme te vinden dat niet alleen Arrokoths specifieke vorm, maar ook zijn deelname aan een meer wijdverspreide klasse van kosmische objecten kon verklaren.

Hier komt het team van de Michigan State University in beeld, geleid door afgestudeerd student Jackson Barnes en onder leiding van professor Seth Jacobson, een senior auteur van het artikel. Het team ontwikkelde baanbrekende simulaties met behulp van de high-performance computing cluster van MSU aan het Institute for Cyber-Enabled Research (ICER). In tegenstelling tot hun voorgangers waren deze simulaties de eersten die gebaseerd waren op de principes van zwaartekrachtinstorting. De resultaten waren opvallend: de simulaties reproduceerden niet alleen succesvol Arrokoths kenmerkende sneeuwpop profiel, maar creëerden ook een realistischer scenario waarin deze objecten regelmatig ontstaan. Zoals professor Jacobson in een persbericht van MSU uitlegde: "Als we denken dat 10 procent van de planetesimale objecten contactbinaire objecten zijn, kan het proces dat ze vormt niet zeldzaam zijn. Zwaartekrachtinstorting past mooi bij wat we hebben waargenomen."

De simulaties illustreren een fascinerend proces: in het vroege zonnestelsel, toen planetesimalen zich vormden uit de roterende schijf van materie, werden deze objecten soms uit elkaar getrokken door de rotatiekracht van de schijf, waardoor twee afzonderlijke objecten ontstonden die vervolgens om elkaar heen draaiden. Na verloop van tijd zouden de banen van deze objecten geleidelijk naar binnen spiraalvormig bewegen totdat ze contact maakten en samensmolten, waarbij ze cruciaal hun oorspronkelijke ronde vormen behielden. Dit zachte samensmeltingsproces is de sleutel tot het behoud van de kenmerkende sneeuwpopachtige verschijning, aangezien het geen gewelddadige botsingen inhoudt die de structuur zouden vervormen.

Bovendien toonden hun resultaten aan dat deze contactbinaire objecten intact blijven door botsingen met andere objecten effectief te vermijden, een waarneming die perfect overeenkomt met de real-world gegevens; de meeste binaire objecten vertonen geen tekenen van kraters. Deze ontdekking bevestigt iets wat wetenschappers al enige tijd vermoedden, maar niet empirisch konden testen. Het model, gecreëerd door Barnes en zijn collega's, is het eerste dat contactbinaire objecten succesvol reproduceert door nauwkeurig rekening te houden met de noodzakelijke fysica. Het team stopt daar niet; ze werken momenteel aan een nieuwe simulatie om het zwaartekrachtinstortingsproces beter te modelleren, waarvan ze hopen dat het andere exotische objecten zal voorspellen die in het buitenste zonnestelsel worden ontdekt. Dit baanbrekende onderzoek, "Directe contactbinaire planetesimale vorming door zwaartekrachtinstorting," werd gepubliceerd in de *Monthly Notices of the Royal Astronomical Society* (MNRAS), waarmee een nieuw hoofdstuk wordt geopend in ons begrip van de oorsprong van ons zonnestelsel.

Ekhbary Nieuwsagentschap