Le mystère de la façon dont Pluton a obtenu une forme géante en forme de cœur à sa surface a finalement été résolu par une équipe internationale d'astrophysiciens dirigée par l'Université de Berne et des membres du Pôle de recherche national (PRN) PlanetS. L'équipe est la première à réussir à reproduire cette forme inhabituelle avec des simulations numériques, en l'attribuant à un impact géant et lent à angle oblique.
Depuis que les caméras de la mission New Horizons de la NASA ont découvert une grande structure en forme de cœur à la surface de la planète naine Pluton en 2015, ce « cœur » a intrigué les scientifiques en raison de sa forme unique, de sa composition géologique et de son élévation. Une équipe de scientifiques de l'Université de Berne, dont plusieurs membres du PRN PlanetS, et de l'Université d'Arizona à Tucson ont utilisé des simulations numériques pour étudier les origines de Spoutnik Planitia, la partie ouest en forme de larme de la surface du cœur de Pluton. /P>
Selon leurs recherches, les débuts de l'histoire de Pluton ont été marqués par un événement cataclysmique qui a donné naissance à Spoutnik Planitia :une collision avec un corps planétaire d'environ 700 km de diamètre, soit environ deux fois la taille de la Suisse d'est en ouest. Les découvertes de l'équipe, récemment publiées dans Nature Astronomy , suggèrent également que la structure interne de Pluton est différente de ce qui était supposé précédemment, indiquant qu'il n'y a pas d'océan souterrain.
Le cœur, également connu sous le nom de Tombaugh Regio, a attiré l'attention du public dès sa découverte. Mais il a aussi immédiatement attiré l'intérêt des scientifiques car il est recouvert d'un matériau à haut albédo qui reflète plus de lumière que son environnement, créant ainsi sa couleur plus blanche.
Cependant, le cœur n’est pas composé d’un seul élément. Spoutnik Planitia (la partie occidentale) couvre une superficie de 1 200 kilomètres sur 2 000, ce qui équivaut à un quart de l’Europe ou des États-Unis. Ce qui est frappant, cependant, c'est que cette région est de trois à quatre kilomètres plus basse en altitude que la majeure partie de la surface de Pluton.
"L'apparence brillante de Spoutnik Planitia est due au fait qu'elle est principalement remplie de glace d'azote blanche qui se déplace et se convecte pour lisser constamment la surface. Cet azote s'est probablement accumulé rapidement après l'impact en raison de l'altitude plus basse", explique le Dr Harry Ballantyne. de l'Université de Berne, auteur principal de l'étude.
La partie orientale du cœur est également recouverte d'une couche similaire mais beaucoup plus fine de glace d'azote, dont l'origine n'est pas encore claire pour les scientifiques, mais est probablement liée à Spoutnik Planitia.
Un impact oblique
"La forme allongée de Spoutnik Planitia suggère fortement que l'impact n'a pas été une collision frontale directe mais plutôt oblique", souligne le Dr Martin Jutzi de l'Université de Berne, à l'origine de l'étude.
Ainsi, l’équipe, comme plusieurs autres dans le monde, a utilisé son logiciel de simulation Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) pour recréer numériquement de tels impacts, en faisant varier à la fois la composition de Pluton et de son impacteur, ainsi que la vitesse et l’angle de l’impacteur. Ces simulations ont confirmé les soupçons des scientifiques concernant l'angle d'impact oblique et ont déterminé la composition de l'impacteur.
"Le noyau de Pluton est si froid que les roches sont restées très dures et n'ont pas fondu malgré la chaleur de l'impact, et grâce à l'angle d'impact et à la faible vitesse, le noyau de l'impacteur ne s'est pas enfoncé dans le noyau de Pluton, mais est resté intact. comme une éclaboussure dessus", explique Ballantyne.
"Quelque part sous Spoutnik se trouve le noyau restant d'un autre corps massif, que Pluton n'a jamais complètement digéré", ajoute le co-auteur Erik Asphaug de l'Université d'Arizona. Cette résistance du noyau et cette vitesse relativement faible ont été essentielles au succès de ces simulations :une résistance inférieure entraînerait une surface restante très symétrique qui ne ressemble pas à la forme de larme observée par New Horizons.
"Nous sommes habitués à considérer les collisions planétaires comme des événements incroyablement intenses dont vous pouvez ignorer les détails, à l'exception de choses comme l'énergie, l'impulsion et la densité. Mais dans le système solaire lointain, les vitesses sont bien plus lentes et la glace solide est solide, donc vous vous devez être beaucoup plus précis dans vos calculs. C'est là que le plaisir commence", explique Asphaug.
Les deux équipes collaborent depuis longtemps, explorant déjà depuis 2011 l'idée de "splats" planétaires pour expliquer, par exemple, les caractéristiques de la face cachée de la Lune. Après notre Lune et Pluton, l'équipe de l'Université de Berne prévoit d'explorer des scénarios similaires pour d'autres corps extérieurs du système solaire, comme la planète naine Haumea, semblable à Pluton.
L'étude actuelle apporte également un nouvel éclairage sur la structure interne de Pluton. En fait, il est beaucoup plus probable qu’un impact géant comme celui simulé se soit produit très tôt dans l’histoire de Pluton. Cependant, cela pose un problème :une dépression géante comme Spoutnik Planitia devrait se déplacer lentement au fil du temps vers le pôle de la planète naine en raison des lois de la physique, car elle présente un déficit de masse. Pourtant, il est paradoxalement proche de l'équateur.
L’explication théorisée précédente était que Pluton, comme plusieurs autres corps planétaires du système solaire externe, possède un océan d’eau liquide souterrain. Selon cette explication précédente, la croûte glacée de Pluton serait plus fine dans la région de Spoutnik Planitia, provoquant un gonflement de l'océan à cet endroit, et comme l'eau liquide est plus dense que la glace, vous vous retrouveriez avec un surplus de masse qui induit une migration vers l'équateur.
Cependant, la nouvelle étude offre une perspective alternative. "Dans nos simulations, tout le manteau primordial de Pluton est creusé par l'impact, et lorsque le matériau du noyau de l'impacteur éclabousse le noyau de Pluton, cela crée un excès de masse local qui peut expliquer la migration vers l'équateur sans océan souterrain, ou tout au plus sans océan souterrain. très mince", explique Martin Jutzi.
Le Dr Adeene Denton de l'Université de l'Arizona, également co-auteur de l'étude, mène actuellement un nouveau projet de recherche pour estimer la vitesse de cette migration. "Cette origine nouvelle et inventive de la forme en forme de cœur de Pluton pourrait conduire à une meilleure compréhension de l'origine de Pluton", conclut-elle.
Plus d'informations : Harry A. Ballantyne et al, Spoutnik Planitia en tant que vestige d'impacteur révélateur d'un ancien maçon rocheux dans un Pluton sans océan, Nature Astronomy (2024). DOI :10.1038/s41550-024-02248-1
Informations sur le journal : Astronomie de la nature
Fourni par l'Université de Berne
