I molti milioni di corpi che popolano la fascia di Kuiper oltre l’orbita di Nettuno devono ancora rivelare gran parte dei loro segreti. Negli anni ’80, le sonde spaziali Pioneer 1 e 2 e Voyager 1 e 2 hanno attraversato questa regione, ma senza telecamere a bordo. La prima sonda ad aver inviato immagini dal confine del sistema solare è stata la New Horizons della NASA: nell’estate del 2015 ha catturato immagini del pianeta nano Plutone e tre anni e mezzo dopo dell’oggetto transnettuniano Arrokoth, ampio circa 30 chilometri. Non ancora ufficialmente nominato al tempo, il corpo era stato soprannominato Ultima Thule, luogo mitico che indica tutte le terre al di là del mondo conosciuto. In effetti, l’oggetto transnettuniano è il corpo più lontano dal Sole che sia mai stato visitato e ripreso da una sonda artificiale.
Fu soprattutto la strana forma di Arrokoth a destare curiosità nei giorni successivi al sorvolo. Si tratta di un corpo dalla struttura binaria, ritenuto il risultato della fusione a bassa velocità di due corpi separati. È composto da due lobi collegati: il più piccolo è leggermente schiacciato e il più grande è quasi piatto, creando l’impressione di un pupazzo di neve schiacciato. Nella loro attuale pubblicazione, i ricercatori provenienti da Cina, Germania e Stati Uniti indagano su come sia nata questa forma. Una pronunciata forma bilobata è nota anche in alcune comete come 67P/Churyumov–Gerasimenko. Tuttavia, non c’è nessun altro corpo conosciuto che sia piatto come Arrokoth. Aveva già questo aspetto quando si è creato? O la sua forma si è sviluppata gradualmente?
Simulazione numerica dell’evoluzione della forma di Arrokoth durante il processo di perdita di massa dovuto alla sublimazione. La forma più in basso è un modello digitale del terreno derivato dalle osservazioni di New Horizons. Il colore rappresenta le temperature medie di un’orbita singola. Il rosso identifica le regioni più calde e il blu quelle più fredde.
«Pensiamo alla fascia di Kuiper come una regione in cui il tempo si è più o meno fermato dalla nascita del Sistema Solare», spiega Ladislav Rezac, uno dei due primi autori della pubblicazione. A più di quattro miliardi di chilometri dal Sole, i corpi della fascia di Kuiper sono rimasti congelati e immutati, così è credenza comune. Le immagini di Arrokoth di New Horizons sfidano questa idea per via della sua superficie apparentemente liscia, senza segni di eventi frequenti e per la sua particolare forma appiattita. Gli scienziati presumono che il Sistema Solare si sia formato 4,6 miliardi di anni fa da un disco di polvere: le particelle di questa nebulosa si sono agglomerate in grumi sempre più grandi; questi gruppi si sono scontrati e si sono fusi in corpi ancora più grandi. «Non c’è ancora alcuna spiegazione su come un corpo piatto come Arrokoth possa emergere da questo processo», dice Rezac.
Un’altra possibilità sarebbe che Arrokoth avesse all’inizio una forma più ordinaria. Potrebbe essere nato da una fusione tra un corpo sferico e un corpo oblato e solo gradualmente si sarebbe appiattito. Studi precedenti suggeriscono che durante la formazione del Sistema Solare, la regione in cui si trova Arrrokoth sarebbe stata particolarmente fredda perché oscurata dalla polvere della nebulosa esterna. Le basse temperature avrebbero permesso a sostanze volatili come il monossido di carbonio e il metano di congelarsi sui granuli di polvere e di comporre i planetesimi. Quando la polvere nebulare si fosse diradata dopo la formazione di Arrokoth, l’illuminazione solare avrebbe aumentato la sua temperatura e quindi avrebbe rapidamente allontanato i volatili condensati. La strana forma di Arrokoth sarebbe quindi un risultato naturale a causa di una combinazione favorevole causata della sua grande obliquità, dalla piccola eccentricità e dalla scarsa variazione del tasso di perdita di massa con il flusso solare, con il risultato di un’erosione quasi simmetrica tra gli emisferi nord e sud.
«Affinché un corpo cambi la sua forma in modo tanto estremo quanto Arrokoth, il suo asse di rotazione deve essere orientato in modo speciale», spiega Rezac. A differenza dell’asse di rotazione terrestre, quello di Arrokoth è quasi parallelo al piano orbitale. Durante i suoi 298 anni di orbita attorno al Sole, una regione polare di Arrokoth è di fronte al Sole ininterrottamente per quasi la metà del tempo mentre l’altra è rivolta verso l’esterno. Le regioni all’equatore e alle latitudini inferiori sono dominate da variazioni diurne durante tutto l’anno. «Questo fa sì che i poli si riscaldino maggiormente e che i gas congelati fuoriescano da lì in modo più efficiente con conseguente forte perdita di massa», afferma il dottor Yuhui Zhao del Purple Mountain Observatory dell’Accademia delle scienze cinese. Il processo di appiattimento molto probabilmente si è verificato all’inizio della storia dell’evoluzione del corpo eh è avvenuto piuttosto rapidamente, in una scala temporale da uno a circa 100 milioni di anni, durante la presenza di ghiacci super volatili, negli strati sotterranei vicini.
«Quanti di questi corpi ‘pupazzo di neve appiattito’ si trovino nella fascia di Kuiper, dipende principalmente dalla probabilità che un corpo abbia un’inclinazione dell’asse di rotazione simile a quella di Arrokoth e dalla quantità di ghiacci super volatili presenti vicino al suo sottosuolo», dice Rezac. Ci sono ragioni per credere che anche oggetti come Arrokoth contenessero quantità considerevoli di supervolatili sfuggiti durante la prima evoluzione. Ad esempio, Plutone, a causa delle sue dimensioni e della gravità più forte, trattiene monossido di carbonio, azoto e gas metano anche oggi. Nel caso di corpi più piccoli, questi volatili sarebbero fuggiti nello spazio ormai da molto tempo.