Los muchos millones de cuerpos que pueblan el Cinturón de Kuiper más allá de la órbita de Neptuno aún no han revelado muchos de sus secretos. En los años 80, las sondas espaciales Pioneer 1 y 2 así como las Voyager 1 y 2 cruzaron esta región, pero sin posibilidad de fotografiarlos. La nave espacial New Horizons de la NASA envió las primeras imágenes del borde más exterior del sistema solar a la Tierra: en el verano de 2015 del planeta enano Plutón y tres años y medio después del objeto trans-neptuniano Arrokoth, con un tamaño de unos 30 kilómetros.

Aún sin nombre oficial, el cuerpo fue apodado en su momento Ultima Thule, en referencia al punto terrestre más septentrional de la Tierra. Después de todo, el objeto trans-neptuniano es el cuerpo más alejado del Sol que jamás haya sido visitado y fotografiado por una sonda.

La extraña forma de Arrokoth causó sensación en los días posteriores al vuelo. El cuerpo es un sistema binario de contacto, que se cree es el resultado de la fusión a baja velocidad de dos cuerpos separados que se formaron muy juntos. Está compuesto por dos lóbulos conectados, de los cuales el más pequeño está ligeramente aplanado, y el más grande fuertemente, creando la impresión de un muñeco de nieve aplastado. En una nueva publicación, investigadores de China, Alemania y los EE.UU. investigan cómo llegó a tener esta forma. Se conocen formas bilobuladas pronunciadas en algunos cometas. Sin embargo, no hay otro cuerpo conocido que sea tan plano como el de Arrokoth. ¿Arrokoth ya se veía así cuando fue creado? ¿O su forma se desarrolló gradualmente?

“Nos gusta pensar en el Cinturón de Kuiper como una región donde el tiempo se ha detenido más o menos desde el nacimiento del Sistema Solar”, explica el Dr. Ladislav Rezac del MPS, uno de los dos autores principales de la presente publicación. A más de 4.000 millones de kilómetros del Sol, los cuerpos del Cinturón de Kuiper han permanecido congelados e inalterados, tal es la creencia común. Las imágenes de Arrokoth de la New Horizons desafían esta idea por su superficie aparentemente lisa sin signos de frecuentes eventos de cráteres y por su peculiar forma aplanada. Los científicos asumen que el Sistema Solar se formó hace 4.600 millones de años a partir de un disco de polvo: las partículas de esta nebulosa se aglomeraron en grupos cada vez más grandes; estos grupos chocaron y se fusionaron en cuerpos aún más grandes. “Todavía no hay explicación de cómo un cuerpo tan plano como el de Arrokoth pudo emerger de este proceso”, dice Rezac.

Instantáneas de una simulación numérica de la evolución de la forma de un análogo de Arrokoth debido a una pérdida de masa por sublimación. La forma más inferior es un modelo digital del terreno derivado de las observaciones de la New Horizons. El color representa las temperaturas medias en una sola órbita. El rojo representa las regiones cálidas y el azul las regiones frías. (Foto: PMO/MPS)

Otra posibilidad sería que Arrokoth ya tuviera una forma más ordinaria. Pudo haber comenzado como una fusión entre un cuerpo esférico y uno oblongo en el momento de su creación, y solo gradualmente se aplanó. Estudios anteriores sugieren que durante la formación del Sistema Solar, la región donde se encuentra Arrokoth podría haber sido un entorno distinto en el frío y polvoriento plano medio de la nebulosa exterior. Las bajas temperaturas permitieron que elementos volátiles como el monóxido de carbono y el metano se congelaran en los granos de polvo y formaran planetesimales. Cuando el polvo nebular se despejó después de la formación de Arrokoth, la iluminación solar habría elevado su temperatura y, por lo tanto, expulsado rápidamente a los elementos volátiles condensados. La extraña forma de Arrokoth sería entonces un resultado natural debido a la combinación favorable de su gran oblicuidad, pequeña excentricidad y variación de la tasa de pérdida de masa con el flujo solar, lo que dio lugar a una erosión casi simétrica entre los hemisferios norte y sur.

“Para que un cuerpo cambie su forma tan extremadamente como Arrokoth, su eje de rotación necesita ser orientado de una manera especial”, explica Rezac. A diferencia del eje de rotación de la Tierra, el de Arrokoth es casi paralelo al plano orbital. Durante su órbita de 298 años alrededor del Sol, una región polar de Arrokoth se enfrenta al Sol continuamente durante casi la mitad del tiempo, mientras que la otra queda alejada. Las regiones en el ecuador y en latitudes más bajas están dominadas por las variaciones diurnas durante todo el año. “Esto hace que los polos se calienten más, de modo que los gases congelados escapan de allí de manera más eficiente resultando en una fuerte pérdida de masa”, dice el Dr. Yuhui Zhao del Observatorio de la Montaña Púrpura de la Academia China de Ciencias. El proceso de aplanamiento probablemente ocurrió temprano en la historia de la evolución del cuerpo y procedió bastante rápido en una escala de tiempo de alrededor de uno a 100 millones de años durante la presencia de hielos súper volátiles en las capas subterráneas próximas. Además, los científicos demostraron de manera consistente que las torsiones inducidas jugarían un papel insignificante en el cambio de estado de giro del planetesimal durante la fase de pérdida de masa.

“Cuántos de estos cuerpos de tipo ‘muñecos de nieve aplanados’ se hallan en el Cinturón de Kuiper depende principalmente de la probabilidad de que un cuerpo tenga una inclinación de eje de giro similar a la de Arrokoth y de la cantidad de hielos súper volátiles presentes cerca de su subsuelo”, dice Rezac. Hay razones para creer que incluso los objetos como Arrokoth tenían cantidades considerables de súper volátiles que han escapado durante su evolución temprana. Por ejemplo, Plutón, debido a su tamaño y a su mayor gravedad, retiene gases de monóxido de carbono, nitrógeno y metano incluso hoy en día. En el caso de cuerpos más pequeños, estos elementos volátiles habrían escapado al espacio desde hace mucho tiempo.