L'accrétion de nouveaux matériaux au cours de la formation de Pluton a peut-être généré suffisamment de chaleur pour créer un océan liquide qui a persisté sous une croûte glacée jusqu'à nos jours, malgré l'orbite de la planète naine loin du soleil dans les confins froids du système solaire.

Ce scénario de « démarrage à chaud », présenté dans un article publié le 22 juin dans Géosciences de la nature , contraste avec la vision traditionnelle des origines de Pluton comme une boule de glace et de roche gelée dans laquelle la désintégration radioactive aurait pu éventuellement générer suffisamment de chaleur pour faire fondre la glace et former un océan souterrain.

« Pendant longtemps, les gens ont pensé à l'évolution thermique de Pluton et à la capacité d'un océan à survivre jusqu'à nos jours, " a déclaré le coauteur Francis Nimmo, professeur de sciences de la Terre et des planètes à l'UC Santa Cruz. "Maintenant que nous avons des images de la surface de Pluton de la mission New Horizons de la NASA, nous pouvons comparer ce que nous voyons avec les prédictions de différents modèles d'évolution thermique."

Parce que l'eau se dilate lorsqu'elle gèle et se contracte lorsqu'elle fond, les scénarios de démarrage à chaud et à froid ont des implications différentes pour la tectonique et les caractéristiques de surface résultantes de Pluton, a expliqué le premier auteur et étudiant diplômé de l'UCSC Carver Bierson.

"Si ça commençait à froid et que la glace fondait à l'intérieur, Pluton se serait contracté et nous devrions voir des caractéristiques de compression à sa surface, alors que s'il avait commencé à chaud, il aurait dû s'étendre lorsque l'océan a gelé et nous devrions voir des caractéristiques d'extension à la surface, " Bierson a dit. "Nous voyons beaucoup de preuves d'expansion, mais nous ne voyons aucune preuve de compression, donc les observations sont plus cohérentes avec Pluton commençant par un océan liquide."

L'évolution thermique et tectonique d'un Pluton à démarrage à froid est en fait un peu compliquée, parce qu'après une période initiale de fonte progressive, l'océan souterrain commencerait à regeler. Ainsi, la compression de la surface se produirait tôt, suivi d'une extension plus récente. Avec un démarrage à chaud, l'extension se produirait tout au long de l'histoire de Pluton.

"Les caractéristiques de surface les plus anciennes sur Pluton sont plus difficiles à comprendre, mais il semble qu'il y ait eu une extension à la fois ancienne et moderne de la surface, " dit Nimmo.

La question suivante était de savoir si suffisamment d'énergie était disponible pour donner à Pluton un démarrage à chaud. Les deux principales sources d'énergie seraient la chaleur libérée par la désintégration des éléments radioactifs dans la roche et l'énergie gravitationnelle libérée lorsque de nouveaux matériaux bombardent la surface de la protoplanète en croissance.

Les calculs de Bierson ont montré que si toute l'énergie gravitationnelle était conservée sous forme de chaleur, cela créerait inévitablement un premier océan liquide. En pratique, cependant, une grande partie de cette énergie rayonnerait loin de la surface, surtout si l'accrétion de nouveau matériel s'est produite lentement.

"La façon dont Pluton a été constituée en premier lieu compte beaucoup pour son évolution thermique, " dit Nimmo. " Si ça s'accumule trop lentement, le matériau chaud à la surface rayonne de l'énergie dans l'espace, mais si elle s'accumule assez vite, la chaleur est piégée à l'intérieur."

Les chercheurs ont calculé que si Pluton se formait sur une période inférieure à 30, 000 ans, alors ça aurait commencé à chaud. Si, au lieu, l'accrétion s'est déroulée sur quelques millions d'années, un démarrage à chaud ne serait possible que si de gros impacteurs enfouissaient leur énergie profondément sous la surface.

Les nouvelles découvertes impliquent que d'autres grands objets de la ceinture de Kuiper ont probablement également commencé à chaud et auraient pu avoir des océans précoces. Ces océans pourraient persister à nos jours dans les plus gros objets, comme les planètes naines Eris et Makemake.

"Même dans cet environnement froid si loin du soleil, tous ces mondes ont pu se former vite et chaud, avec des océans liquides, " a déclaré Bierson.

En plus de Bierson et Nimmo, l'article a été co-écrit par Alan Stern du Southwest Research Institute, le chercheur principal de la mission Nouveaux Horizons.