New Horizons scheerde vorig jaar langs Arrokoth. En nu beginnen we te begrijpen hoe deze verre ijsdwerg – en mogelijk soortgelijke objecten – is gevormd.
Het is 19 januari 2006 als ruimtesonde New Horizons het luchtruim kiest. Het vaartuig begint aan een lange reis van maar liefst negen jaar waarin het allereerst koers zet naar Pluto, om de eerste close-up beelden van dit hemellichaam te vervaardigen en de kenmerken van het nog onontgonnen terrein grondig te bestuderen (zie kader). Maar er ligt nog een avontuur in het verschiet. New Horizons is namelijk ook de uitverkorene om een ander Kuipergordelobject met een bezoekje te vereren. Vijf jaar later – en vier na de ontmoeting met Pluto – passeert New Horizons op 1 januari 2019 op slechts 3500 kilometer afstand Ultima Thule of, zoals het object nu bekend staat, Arrokoth (wat in het Algonkisch – een inheems Amerikaanse taal – zoveel betekent als ‘hemel’). Een gedenkwaardig moment, waarin de mensheid de allereerste close-up foto’s van een Kuipergordelobject weet te schieten. Bovendien is dit het verste object dat ooit in ons zonnestelsel is bezocht en gefotografeerd. Een object dat de gemoederen nog altijd bezighoudt.
Je kunt het je al bijna niet meer voorstellen, maar voordat New Horizons zich in 2015 in de buurt van Pluto – die tijdens de reis van New Horizons van status ‘planeet’ was gedegradeerd tot dwergplaneet – waagde, hadden we eigenlijk geen flauw idee hoe de dwergplaneet eruit zag. Tijdens een scheervlucht bracht New Horizons daar voorgoed verandering in; de sonde onthulde – tot in detail – hoe het oppervlak van de dwergplaneet eruit zag. New Horizons leverde spectaculaire beelden af van Pluto en zijn maan Charon en leverde onschatbare wetenschappelijke informatie op die nu nog steeds wordt onderzocht en waarschijnlijk nog jaren zal worden bestudeerd. Deze studies zullen belangrijke kennis opleveren over de vorming van het zonnestelsel en, in het bijzonder, de Kuipergordel beter te begrijpen.
Direct na aankomst kreeg het Kuipergordelobject de bijnaam ‘de sneeuwman’. En dat is niet voor niets. Het object blijkt namelijk te zijn opgebouwd uit twee lobben die in grootte verschillen en onderling verbonden zijn door een dunne nek. New Horizons verzamelde tijdens zijn scheervlucht een schat aan informatie over de sneeuwman. En een paar maanden later kwamen wetenschappers met eerste bevindingen op de proppen:
– Het object is vrij plat en opgebouwd uit twee lobben.
– Waarschijnlijk is het Kuipergordelobject het resultaat van een zachte botsing tussen twee kleinere objecten.
– Er zijn geen manen, ringen of stofwolken te vinden.
– Ook is er geen enkele aanwijzing dat het Kuipergordelobject over een atmosfeer beschikt.
– Er lijkt niet zoveel variatie te zijn in de kleur en samenstelling van het oppervlak.
– Het object is sinds zijn totstandkoming (een slordige 4,5 miljard jaar geleden) nauwelijks veranderd.
De vorming van Arrokoth
Ondertussen zijn er al verschillende modellen voorgesteld om de vorming van Arrokoth en zijn bijzondere eigenschappen te verklaren. “Arrokoth zou zijn gevormd door de zachte samensmelting van twee afzonderlijke lobben,” legt onderzoeker Uri Malamud aan Scientias.nl uit. “Deze twee lobben werden langzaam naar buiten getrokken door de aanwezigheid van een grote gaswolk. Dit kan resulteren in een spiraal die uiteindelijk leidt tot een zachte fusie.” Toch lijkt deze hypothese niet alle kenmerken van het verre Kuipergordelobject goed uit te leggen. Met met name de lage rotatiesnelheid en de grote hellingshoek van Arrokoth blijken een hoofdpijndossier. “Het grootste probleem met de voorgestelde hypothese is dat de rotatiesnelheid in dat geval veel hoger zou moeten zijn in vergelijking met wat we zien,” gaat Malamud verder. De volledige rotatie van Arrokoth om zijn eigen as – dus één dag – duurt 15,92 uur. Bovendien is de hellingshoek (ten opzichte van het vlak van zijn baan rond de zon) erg groot – 98 graden – een bijzonder kenmerk op zich.
Verklaring
Om deze eigenaardige eigenschappen van Arrokoth te kunnen verklaren, stellen de onderzoekers nu een andere theorie voor. Volgens het nieuwe model draaien de twee lichamen nog steeds om elkaar heen, maar omdat ze samen om de zon draaien, vormen ze in feite een drievoudig systeem. En, zoals bekend onder wetenschappers, is de dynamiek van drievoudige systemen zeer chaotisch. “De zon is hierin heel belangrijk en verstoort als het ware de zwaartekrachtsbinding tussen de twee lobben en destabiliseert hun baan,” legt Malamud desgevraagd uit. Het betekent dat het systeem niet op een eenvoudige en ordelijke manier bewoog, maar zich juist heel chaotisch gedroeg. De baan evolueerde dus van een brede, relatief cirkelvormige baan naar een zeer excentrieke en elliptische baan. Dit gebeurde echter heel langzaam. “We hebben aangetoond dat dit uiteindelijk leidt tot een botsing die aan de ene kant ervoor zorgt dat de twee hemellichamen elkaar niet verpletteren en dat er aan de andere kant een langzaam roterend, sterk hellend object ontstaat; precies in overeenstemming met wat we zien bij Arrokoth,” aldus onderzoeker Hagai Perets. “Bovendien zijn de twee lobben in het beginsel niet erg groot of massief, waardoor de botsingssnelheid laag is,” vult Malamud aan. “Dit helpt het onvervormde voorkomen van Arrokoth te verklaren.”
Arrokoth is een van de duizenden bekende kleine ijzige werelden in de Kuipergordel; een donut-vormige regio die zich voorbij de baan van Neptunus bevindt. De Kuipergordel is behoorlijk omvangrijk: naar schatting herbergt deze honderdduizenden ijzige hemellichamen groter dan 100 kilometer. Daarnaast zijn er een slordige miljard kometen te vinden. De Kuipergordel begint op zo’n 30 AU afstand van de zon en is zo’n 20 AU breed. Arrokoth is dus één van de vele ijzige objecten in een enorm uitgestrekt gebied. Het object bevindt zich op ongeveer 6,5 miljard kilometer afstand van de aarde en ligt ongeveer 1 miljard kilometer verder weg dan Pluto. Nog niet eerder zijn wetenschappers in de gelegenheid geweest om een object op zo’n grote afstand van de aarde van dichtbij te bekijken.
Andere Kuipergordelobjecten
De bevindingen verklaren niet alleen de unieke kenmerken van Arrokoth. De resultaten werpen tegelijkertijd nieuw licht op de vorming van Kuipergordelobjecten. Want volgens de onderzoekers zouden de processen die ervoor zorgden dat Arrokoth het levenslicht zag mogelijk heel gewoon kunnen zijn. Maar liefst 20 procent van alle binaire systemen die te vinden zijn in de Kuipergordel zouden mogelijk op vergelijkbare manieren zijn geëvolueerd. “Interessant is dus dat het mechanisme misschien wel veel vaker voorkomt dan we denken,” meent Malamud. “Het kan mogelijk ook de vorming van andere objecten in de Kuipergordel verklaren, hoewel we deze – in tegenstelling tot Arrokoth – nog niet rechtstreeks met een scheervlucht hebben kunnen bezoeken. Bovendien veronderstellen we dat Pluto en zijn grootste maan Charon mogelijk door een soortgelijk proces zijn gevormd.”
Onderzoek naar Arrokoth – die een slordige 4,5 miljard jaar geleden is ontstaan en sindsdien waarschijnlijk nauwelijks is veranderd – gaat door. “Arrokoth is heel bijzonder omdat het absoluut niet lijkt op elk ander object dat we ooit hebben gezien,” zegt Malamud. “Het kan ons bovendien veel leren over de vorming van ons zonnestelsel.” Het laatste woord over Arrokoth is dus nog niet gezegd. Bovendien zullen alle gegevens die New Horizons tijdens zijn scheervlucht heeft verzameld, pas dit jaar allemaal op aarde aankomen. Het betekent dat er nog veel meer over dit bijzondere en unieke Kuipergordelobject te ontdekken valt.
