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Por décadas, os astrônomos tentaram entender como Plutão adquiriu sua lua inusitadamente grande, Charon, que possui cerca de metade do tamanho do planeta anão. Agora, novas pesquisas sugerem que Plutão e Charon se reuniram brevemente bilhões de anos atrás em uma colisão inédita, descrita como uma colisão de “beijo e captura”.
Os cientistas frequentemente teorizaram que Charon se formou de maneira semelhante à lua da Terra, que foi criada após um objeto do tamanho de Marte colidir com nosso planeta. O impacto lançou destroços derretidos da Terra para o espaço, que eventualmente se reuniram em órbita ao redor do nosso mundo e esfriaram para formar a lua.
No entanto, essas teorias não levaram em conta o fato de que Plutão e Charon podem ter mais integridade estrutural como corpos gelados e rochosos na borda fria do sistema solar. “Plutão e Charon são diferentes — eles são menores, mais frios e feitos principalmente de rocha e gelo”, afirmou Adeene Denton, autora principal do estudo publicado na segunda-feira na revista Nature Geoscience.
Em vez disso, Plutão e Charon provavelmente permaneceram muito semelhantes após a colisão, girando juntos para formar um objeto com a aparência de um boneco de neve cósmico antes de se separarem no sistema binário que têm hoje, afirmaram os autores do estudo. Sistemas binários se formam quando dois corpos celestes orbitam em torno de um centro comum de massa, como patinadores artísticos que giram enquanto seguram as mãos, segundo os autores.
“A maioria dos cenários de colisão planetária é classificada como ‘acidente e fuga’ ou ‘toque e fusão'”, disse Denton, uma pesquisadora do programa pós-doutoral da NASA no Southwest Research Institute em Boulder, Colorado. “O que descobrimos é algo totalmente diferente — um cenário de ‘beijo e captura’, onde os corpos colidem, grudam brevemente e depois se separam enquanto permanecem gravitacionalmente ligados”. (Denton conduziu a pesquisa como pesquisadora pós-doutoral no Lunar and Planetary Laboratory da Universidade do Arizona.)
Esse novo tipo de colisão celestial descoberto por Denton e seus colegas pode esclarecer como os planetas se formam e evoluem, bem como como outros corpos nas regiões externas do nosso sistema solar ganharam suas próprias luas. Além disso, a nova pesquisa pode oferecer evidências de um oceano subterrâneo sob a crosta de gelo de Plutão.
Como os planetas ganham luas
Charon e a lua da Terra são ambas uma grande fração do tamanho do corpo principal que orbitam, o que é diferente de outras luas menores que orbitam planetas em todo o nosso sistema solar. (Plutão tem quatro luas menores além de Charon.)
Por exemplo, Marte é orbitado por duas pequenas luas em forma de batata chamadas Fobos e Deimos, que provavelmente são dois asteroides que foram capturados pela gravidade do planeta vermelho.
Mas esse tipo de formação é improvável para objetos tão grandes quanto a nossa lua ou Charon, disse Denton. Outros exemplos de colisões são a “acidente e fuga”, quando um impactador atinge um planeta e segue em frente, ou o “toque e fusão”, quando um objeto atinge um planeta e ambos se juntam, acrescentou Denton.
Modelos mais simples dos primeiros anos 2000 simulando como Plutão e Charon vieram a estar em sua orientação atual apoiavam a ideia de que algum objeto colidiu com Plutão para criar Charon. Nesse cenário, o material colidido era considerado um fluido sem resistência, o que significava que Plutão e Charon se pareciam com duas massas giratórias e dobradas, como em uma lâmpada de lava, disse Denton.
Nos últimos cinco anos, houve avanços nas simulações para modelos de formação de impactos, que permitiram que os pesquisadores incluíssem propriedades de resistência do material dos corpos celestes — como um núcleo rochoso coberto de gelo em Plutão. Plutão contém mais rocha do que gelo, enquanto Charon é 50% rocha e 50% gelo, explicou Denton.
Quando Denton e seus colegas simularam uma colisão incluindo as propriedades estruturais de Plutão e Charon, eles conseguiram determinar melhor o impulso de impacto trocado entre ambos os corpos, assim como o resultado final.
Embora Plutão e Charon provavelmente tenham trocado algum material durante o impacto, ambos permaneceram em grande parte intactos devido à sua composição, grudando para formar uma figura semelhante a um boneco de neve e girando como um corpo único, até que Plutão essencialmente empurrou Charon para uma órbita mais distante ao longo do tempo.
“Ficamos definitivamente surpresos com a parte do ‘beijo’ do beijo e captura”, disse Denton em um e-mail. “Nunca houve um tipo de impacto onde os dois corpos apenas se fundem temporariamente antes de se separarem novamente.”
As descobertas sugerem que Charon poderia ser tão antigo quanto Plutão. Os pesquisadores não têm certeza de quando o impacto ocorreu, mas ele provavelmente aconteceu há cerca de 4 bilhões de anos, nos primórdios da história do sistema solar, que se estima ter 4,6 bilhões de anos.
“Sabemos que aconteceu bastante cedo, porque foi quando ocorreram grandes colisões — e por cedo, quero dizer nas centenas de milhões de anos após a formação do sistema solar, em torno da mesma época da (formação da lua da Terra)”, comentou Denton.
O estudo é um “grande exemplo de avanços em geofísica numérica”, disse a Dra. Katarina Miljkovic, professora e vice-chefe da Escola de Ciências da Terra e Planetárias da Curtin University na Austrália. Ela não participou da nova pesquisa.
“Eles fornecem uma solução elegante para a origem do sistema Plutão-Charon, onde tratar as propriedades físicas dos corpos planetários com maior fidelidade resultou em um cenário de impacto e captura mais viável para a origem desse sistema”, escreveu Miljkovic em um e-mail.
Um oceano subsuperficial
Plutão pertence a um grupo de objetos que orbitam distantes do sol, chamado Cinto de Kuiper, onde milhares de restos gelados deixados da formação do sistema solar estão presentes. Oito dos dez maiores Objetos do Cinto de Kuiper possuem grandes luas como Charon, disse Denton, o que significa que colisões de “beijo e captura” podem ter ocorrido por todo o Cinto de Kuiper enquanto o sistema solar se formava.
“Adicionar mais realismo físico aos modelos de impacto — o que às vezes precisamos aguardar enquanto a tecnologia se atualiza em relação à complexidade do mundo natural — mudou a resposta e abriu uma nova gama de possíveis histórias sobre Plutão, Charon e uma série de outros Objetos do Cinto de Kuiper”, disse Alyssa Rhoden, cientista da equipe do Southwest Research Institute em um e-mail.
Alguns cientistas suspeitam que um oceano possa existir sob a espessa crosta de gelo de Plutão, mas questões foram levantadas sobre como esse oceano poderia se formar neste mundo gelado.
O novo cenário de colisão apoia a formação de um oceano, pois tais impactos aquecem os corpos celestes, disse Denton. Por exemplo, a colisão de Charon com Plutão teria elevado a temperatura da camada de gelo do planeta anão, o que pode ter causado o derretimento e a formação de um oceano subsuperficial.
Rhoden afirmou que tem curiosidade se tais mudanças também ocorreram em outros Objetos do Cinto de Kuiper com grandes luas.
“Há algo especial sobre o impacto formador de Charon — ou as características de Plutão e do impactor — que levaram Plutão a se tornar um raro mundo oceânico (do Cinto de Kuiper)?”, questionou Rhoden.
Também é possível que, após Charon se separar de Plutão, movendo-se de uma órbita próxima para uma mais distante, ambos os corpos tenham experimentado aquecimento por marés. Esse processo ocorre quando os interiores de planetas ou luas são aquecidos devido às forças gravitacionais entre dois corpos em órbita.
“Isso é importante porque não temos certeza sobre quais condições térmicas Plutão pode ter possuído antes do impacto”, disse Denton. “Se Plutão se formou como um corpo mais frio sem um oceano, então o impacto gigante pode fornecer a chave para levar Plutão a formar e sustentar um oceano subsuperficial.”
