Sebuah tim peneliti dari the Earth-Life Science Institute (ELSI) di Tokyo, Jepang, menggunakan program komputer canggih untuk mensimulasikan dan mengamati bagaimana obyek-obyek di angkasa yang disebut Obyek Trans Neptunus (ONT) terbentuk.
Objek Trans Neptunus (OTN) adalah obyek di tata surya yang jaraknya lebih jauh dari Neptunus, tetapi memilki jalur orbit yang melewati Neptunus (berada pada wilayah sabuk Kuiper). Planet Katai Pluto, masuk ke dalam kelompok ini, memiliki ukuran lebih kecil dari planet dan lebih besar dari komet, terdiri dari es dan bebatuan.
OTN kemungkinan terbentuk bersamaan dengan terbentuknya sistem Tata Surya, dan dengan memahami bagaimana obyek-obyek tersebut terbentuk nantinya bisa memberikan petunjuk penting tentang awal mula terbentuknya sistem Tata Surya.
Seperti planet-planet di tata surya lainnya, termasuk Bumi, kebanyakan OTN memiliki satelit, yang diduga terbentuk sebagai akibat dari tabrakan antara berbagai obyek di tata surya pada masa-masa awal terbentuknya alam semesta.
Dengan mempelajari beberapa karakteristik dari setiap OTN dan satelit-satelitnya (misalnya bentuk dari orbit, komposisi dan periode rotasi), memberikan banyak petunjuk untuk memahami bagaimana formasi dari obyek-obyek tersebut terbentuk. Karakteristik ini terbentuk dari proses awal pembentukan dan juga karena terjadinya tabrakan antara objek-objek tata surya, dimana berhubungan dengan bagaimana jalur orbit dari planet Jupiter, Saturnus dan Neptunus terus berubah semenjak tata surya terbentuk.
Ketika pesawat angkasa tanpa awak New Horizon berhasil mencapai Pluto di tahun 2015. Sejak itu, Pluto dan satelitnya, Charon, menarik perhatian banyak ilmuwan, dan kemudian banyak satelit-satelit kecil baru ditemukan di sekitar OTN lainnya.
Dan faktanya, semua OTN yang diketahui mempunyai diameter lebih dari 1.000 km mempunyai sistem satelit. Dan menariknya, rasio dari satelit-satelit ini dengan sistem inangnya berkisar dari 1/10 hingga 1/1000 – rasio Bulan-Bumi sekitar 1/180. Fakta ini sangat penting mengingat pada satelit Bumi (Bulan) dan satelit Pluto (Charon), kemungkinan keduanya terbentuk akibat sebuah peristiwa tabrakan dahsyat.
Bagian atas: gambaran satelit yang terbentuk karena peristiwa tabrakan dahsyat dengan kecepatan 1 km/detik dan sudut benturan 75 derajat. Bawah: skema sirkulasi orbit satelit yang disebabkan oleh gaya tidal setelah satelit berformasi. Credit: Arakawa et.al (2019) Nature Astronomy.
Untuk mempelajari formasi dan evolusi dari sistem satelit OTN, tim peneliti melakukan lebih dari 400 simulasi benturan dahsyat dan perhitungan evolusi gaya tidal (gaya Tarik menarik antar dua obyek angkasa yang berdekatan).
“Semua yang kami kerjakan bukanlah hal yang mudah,” kata penulis senior dari penelitian ini, Professor Hidenori Genda dari the Earth-Life Science Institute (ELSI) dari Tokyo Institute of Technology.
Tim dari Tokyo Tech menemukan bahwa dengan mengetahui ukuran dan orbit sistem satelit dari OTN yang besar bisa menjelaskan apakah satelit tersebut terbentuk dari sebuah peristiwa tabrakan yang sangat dahsyat.
Mereka juga menemukan bahwa OTN berukuran cukup besar bisa mempertahankan panas di intinya dan berbentuk cair (seperti lava) selama beberapa juta tahun; khususnya jika panas dari inti satelit bersumber dari isotop radioaktif dengan umur paruh yang pendek seperti Aluminium-26, hal ini berlaku pula pada panas dari inti meteorit.
Cikal bakal satelit OTN ini memerlukan banyak radionuklida berumur paruh pendek untuk selalu mencair, hasil ini mengindikasikan bahwa sistem satelit OTN terbentuk sebelum terjadinya migrasi planet terluar, termasuk Neptunus, atau pada masa 700 juta tahun pertama dari tata surya.
Hubungan antara eksentrisitas awal dari satelit yang terbentuk dan eksentrisitas akhir setelah evolusi pasang-surut 4,5 miliar tahun diperlihatkan untuk tiga kasus. Ketika benda-benda planet kaku sepanjang waktu (gambar kanan) atau mereka berperilaku seperti cairan selama 1.000 tahun pertama (gambar tengah), sebagian besar keeksentrikan tidak teredam, yang tidak konsisten dengan pengamatan. Ketika mereka bertindak sebagai cairan untuk >1 juta tahun pertama, eksentrisitas yang dihasilkan konsisten dengan pengamatan. Credit: Arakawa et al.(2019)Nature Astronomy.
Teori tentang formasi planet sebelumnya menyebutkan bahwa proses pertumbuhan dari OTN memakan waktu lebih lama dari umur paruh radionuklida, sehingga diperkirakan OTN tidak dalam keadaan mencair (molten) ketika terbentuk.
Para ilmuwan juga menemukan, bahwa formasi OTN konsisten dengan hasil penelitian terbaru tentang formasi planet sehingga diambil kesimpulan bahwa OTN terbentuk melalui tahapan dari bentuk padatan kecil hingga menjadi sebuah bentuk sebelum menjadi bentuk seperti sekarang.
Proses formasi OTN besar yang cepat memiliki kecocokan dengan penelitian terbaru tentang formasi planet; hasil analisa lainnya menyebutkan bahwa komet terbentuk secara sempurna setelah radionuklida berusia paruh pendek meluruh. Dan penulis artikel memberi catatan bahwa masih banyak yang harus dilakukan untuk dapat membuat sebuah model terpadu dari sistem planet tata surya.
