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Le caotiche interazioni nel sistema di Plutone

Le caotiche interazioni nel sistema di Plutone
Credit: NASA/M. Showalter

Un nuovo studio pubblicato sulla rivista Nature rivela affascinanti dettagli sui modelli orbitali e rotazionali di Plutone e delle sue cinque lune conosciute.

Il documento, che si basa sulle osservazioni del telescopio spaziale Hubble per quanto riguarda le orbite e le proprietà dei satelliti più piccoli, descrive il pianeta nano Plutone e la sua luna più grande, Caronte, come un "pianeta binario", con le quattro lune minori, Styx (Stige), Nix (Notte), Kerberos (Cerbero) e Hydra (Idra) in orbita.

"Hubble ha fornito una nuova visione di Plutone e le sue lune che le mostra seguire una danza cosmica con un ritmo caotico", ha dichiarato John Grunsfeld, amministratore associato della Science Mission Directorate della NASA a Washington.

Resonant interactions and chaotic rotation of Pluto’s small moons [abstract]

Four small moons—Styx, Nix, Kerberos and Hydra—follow near-circular, near-equatorial orbits around the central ‘binary planet’ comprising Pluto and its large moon, Charon. New observational details of the system have emerged following the discoveries of Kerberos and Styx. Here we report that Styx, Nix and Hydra are tied together by a three-body resonance, which is reminiscent of the Laplace resonance linking Jupiter’s moons Io, Europa and Ganymede. Perturbations by the other bodies, however, inject chaos into this otherwise stable configuration. Nix and Hydra have bright surfaces similar to that of Charon. Kerberos may be much darker, raising questions about how a heterogeneous satellite system might have formed. Nix and Hydra rotate chaotically, driven by the large torques of the Pluto–Charon binary.

Questa estate la sonda della NASA New Horizons ci regalerà uno sguardo inedito e dettagliato del sistema di Plutone, di cui conosciamo ancora molto poco. D'altra parte quattro dei satelliti naturali finora noti, sono di recente scoperta: Nix e Hydra risalgono al 2005, mentre Kerberos e Styx sono stati scoperti nel 2011 e nel 2012.

"Come i bambini buoni, generalmente, le lune tengono il loro volto attentamente rivolto verso il pianeta madre", ha detto Douglas Hamilton, professore di astronomia presso l'Università del Maryland, co-autore dello studio. "Quello che abbiamo imparato è che le lune di Plutone si comportano più come un adolescente scontroso e si rifiutano di seguire le regole".

Il campo gravitazionale, squilibrato ed instabile, creato da Plutone e Caronte che condividono un comune centro di gravità situato nello spazio tra i corpi, costringe le lune più piccole a rotolare in modo imprevedibile. L'effetto è amplificato dal fatto che i satelliti hanno approssimativamente la forma di un pallone da rugby, piuttosto che sferica.

Simulazione numerica dell'orientamento di Nix, vista dal centro del sistema di Plutone.
In questa simulazione, l'orbita di Nix dura 2 secondi invece di 25 giorni.

Tuttavia, in contrasto con questi moti rotatori apparentemente casuali, le lune seguono un modello sorprendentemente prevedibile mentre orbitano attorno al pianeta binario formato da Plutone e Caronte. Tre di loro, Nix, Styx e Hydra sono bloccate insieme in risonanza orbitale, con il medesimo effetto, noto come "risonanza di Laplace" (che avviene quando tre o più corpi hanno rapporti di periodi orbitali esprimibili in numeri interi), visto nelle tre lune di Giove, Io, Europa e Ganimede.
"Se fossimo su Nix, vedremmo che Styx orbita intorno a Plutone due volte ogni tre orbite di Hydra", ha osservato Hamilton.

"Il rapporto di risonanza tra Nix, Styx e Hydra rende le loro orbite più regolari e prevedibili, impedendo che si scontrino a vicenda", ha detto Hamilton. "Questo è uno dei motivi per cui il piccolo Plutone è in grado di avere così tante lune".

Lo studio ha anche rivelato che Kerberos è scuro come carbone, mentre le altre lune sono brillante come la sabbia bianca.
"Questo è un risultato molto stimolante", fa notare l'autore Mark Showalter, ricercatore senior presso l'Istituto SETI. In effetti, gli astronomi avevano previsto che, la polvere creata dagli impatti meteorici, avrebbe dovuto rivestire tutte le lune in modo uniforme, dando loro un aspetto piuttosto omogeneo.

"Prima delle osservazioni di Hubble, nessuno ha apprezzato le dinamiche complesse del sistema di Plutone", ha detto Showalter ma "il flyby di New Horizons nel mese di luglio potrà aiutare a risolvere il mistero della superficie scura di Kerberos e permetterà di perfezionare i modelli orbitali e rotazionali scoperti grazie a Hubble".
Il team di New Horizons sta già usando queste ultime informazioni per programmare le prossime sessioni di scienza.

In definitiva, approfondire il caotico sistema Plutone-Caronte potrebbe migliorare anche la nostra comprensione del comportamento degli esopianeti in orbita attorno a coppie di stelle, sistemi spesso troppo lontani per studi più approfonditi.
"Stiamo imparando che il caos può essere una caratteristica comune dei sistemi binari", ha detto Hamilton e "potrebbero esserci anche conseguenze per la vita su pianeti orbitanti attorno a stelle binarie".

Riferimenti:
- http://www.nasa.gov/press-release/nasa-s-hubble-finds-pluto-s-moons-tumbling-in-absolute-chaos
- http://phys.org/news/2015-06-unusual-interactions-pluto-moons.html

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Elisabetta Bonora

Sono una image processor e science blogger appassionata di astronomia, spazio, fisica e tecnologia, affascinata fin da bambina dal passato e dal futuro.
Dal 2009 elaboro le immagini raw delle missioni spaziali insieme a Marco Faccin ed ho creato questo blog ad agosto 2012, in occasione dello sbarco del rover Curiosity su Marte.
Per lavoro mi occupo di digital advertising, web e video analytics presso Shiny (SV – Italia) ma passo la maggior parte del tempo libero su questo sito e tra i cataloghi delle foto scattate dalle sonde e dai rover inviati nel nostro Sistema Solare "per esplorare nuovi mondi, alla ricerca di nuove forme di vita, per arrivare là dove nessuno è mai giunto prima!" ...Ovviamente, è chiaro, sono una fan di Star Trek!

Sito web: https://twitter.com/EliBonora
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