Det trans-neptuniska objektet Arrokoth, även känd som Ultima Thule, som NASA:s rymdsond New Horizons passerade på nyårsdagen 2019, kan ha ändrat sin form avsevärt under de första 100 miljoner åren sedan dess bildande. I dagens nummer av tidningen Natur astronomi , forskare ledda av den kinesiska vetenskapsakademin och Max Planck Institute for Solar System Research (MPS) föreslår att den nuvarande formen av Arrokoth, som liknar en tillplattad snögubbe, kan vara av evolutionärt ursprung på grund av flyktig avgasning. Deras beräkningar hjälper oss att förstå vad kropparnas nuvarande tillstånd från solsystemets kant kan lära oss om deras ursprungliga egenskaper.

De många miljoner kroppar som befolkar Kuiperbältet bortom Neptunus omloppsbana har ännu inte avslöjat många av sina hemligheter. På 1980-talet rymdsonderna Pioneer 1 och 2 samt Voyager 1 och 2 korsade denna region men utan kameror ombord. NASA:s rymdfarkost New Horizons skickade de första bilderna från solsystemets yttersta kant till jorden:sommaren 2015 av dvärgplaneten Pluto och tre och ett halvt år senare av det trans-neptuniska objektet Arrokoth, cirka 30 kilometer i storlek. Ännu inte officiellt namngiven, kroppen fick smeknamnet Ultima Thule vid den tiden, med hänvisning till den nordligaste landpunkten på jorden. Trots allt, det trans-neptuniska objektet är den kropp som är längst bort från solen som någonsin har besökts och avbildats av en konstgjord sond.

Särskilt Arrokoths märkliga form väckte en sensation dagarna efter förbiflygningen. Kroppen är en kontaktbinär, tros vara ett resultat av låghastighets sammansmältning av två separata kroppar som bildades nära varandra. Den består av två sammankopplade lober, varav den mindre är något tillplattad, den större starkt så, skapar intrycket av en klämd snögubbe. I sin nuvarande publikation, forskarna från Kina, Tyskland, och USA undersöker hur denna form kom till. En uttalad tvåflikform är också känd från vissa kometer. Dock, det finns ingen annan känd kropp som är så platt som Arrokoth. Såg Arrokoth redan ut så här när den skapades? Eller utvecklades dess form gradvis?

"Vi tycker om att tänka på Kuiperbältet som en region där tiden mer eller mindre har stått stilla sedan solsystemets födelse, " förklarar Ladislav Rezac från MPS, en av de två första författarna till den aktuella publikationen. Mer än fyra miljarder kilometer från solen, Kuiperbältets kroppar har förblivit frusna och oförändrade, så är den vanliga uppfattningen. New Horizons bilder av Arrokoth utmanar denna idé genom sin till synes släta yta utan tecken på frekventa kraterhändelser och genom dess säregna, tillplattad form. Forskare antar att solsystemet bildades för 4,6 miljarder år sedan från en dammskiva:partiklarna från denna nebulosa agglomererade till allt större klumpar; dessa klumpar kolliderade och smälte samman till ännu större kroppar. "Det finns ännu ingen förklaring till hur en så platt kropp som Arrokoth skulle kunna komma ur denna process, säger Rezac.

En annan möjlighet skulle vara att Arrokoth hade en mer ordinär form till att börja med. Det kan ha börjat som en sammanslagning mellan en sfärisk och en oblate kropp vid tidpunkten för dess skapelse och bara gradvis blivit tillplattad. Tidigare studier tyder på att under bildandet av solsystemet, regionen där Arrrokoth ligger kunde ha varit en distinkt miljö i kylan, dammskuggat mittplan av den yttre nebulosan. De låga temperaturerna gjorde det möjligt för flyktiga ämnen som kolmonoxid och metan att frysa fast på dammkorn och bilda planetesimaler. När nebulosadammet försvann efter Arrokoths bildande, solbelysning skulle ha höjt dess temperatur och därmed snabbt drivit bort de kondenserade flyktiga ämnena. Arrokoths märkliga form skulle då vara ett naturligt resultat på grund av en gynnsam kombination av dess stora snedhet, liten excentricitet och massförlustvariation med solflöde, vilket resulterar i nästan symmetrisk erosion mellan norra och södra halvklotet.

"För en kropp att ändra sin form lika extremt som Arrokoth, dess rotationsaxel måste vara orienterad på ett speciellt sätt, " förklarar Rezac. Till skillnad från jordens rotationsaxel, Arrokoths är nästan parallell med orbitalplanet. Under sin 298-åriga bana runt solen, en polar region i Arrokoth är vänd mot solen kontinuerligt under nästan halva tiden medan den andra är vänd bort. Regioner vid ekvatorn och lägre breddgrader domineras av dygnsvariationer året runt. "Detta gör att polerna värms upp som mest, så att frusna gaser kommer ut därifrån mest effektivt vilket resulterar i en kraftig massaförlust, " says Yuhui Zhao from the Purple Mountain Observatory of the Chinese Academy of Sciences. The flattening process most likely occurred early in the evolution history of the body and proceeded rather quickly on a timescale of about one to 100 million years during the presence of super volatile ices in the near subsurface layers. In addition, the scientists self-consistently demonstrated that the induced torques would play a negligible role in the planetesimal's spin state change during the mass loss phase.

"How many of such 'flattened snowman' bodies are in the Kuiper Belt depends primarily on the probability of a body having a spin-axis inclination similar to Arrokoth's and on the amount of super-volatile ices present near its subsurface, " Rezac says. There are reasons to believe that even objects like Arrokoth had considerable amounts of super-volatiles that have escaped during its early evolution. For instance, Pluto, due to its size and stronger gravity retains carbon monoxide, nitrogen and methane gasses even today. In the case of smaller bodies, these volatiles would long have escaped into space.