Värme som genereras av gravitationskraften från månar som bildas från massiva kollisioner kan förlänga livslängden för flytande vattenhav under ytan av stora isiga världar i vårt yttre solsystem, enligt ny NASA-forskning. Detta utökar avsevärt antalet platser där utomjordiskt liv kan hittas, eftersom flytande vatten är nödvändigt för att stödja kända livsformer och astronomer uppskattar att det finns dussintals av dessa världar.

"Dessa objekt måste betraktas som potentiella reservoarer av vatten och liv, " sa Prabal Saxena från NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, huvudförfattare till forskningen publicerad i Icarus 24 november. "Om vår studie är korrekt, vi kan nu ha fler platser i vårt solsystem som har några av de kritiska elementen för utomjordiskt liv."

Dessa kyliga världar finns bortom Neptunus omloppsbana och inkluderar Pluto och dess månar. De är kända som Trans-Neptunian Objects (TNOs) och är alldeles för kalla för att ha flytande vatten på sina ytor, där temperaturen är mindre än 350 grader under noll Fahrenheit (under minus 200 Celsius). Dock, det finns bevis för att vissa kan ha lager av flytande vatten under sin isiga skorpa. Förutom bulkdensiteter som liknar andra kroppar som misstänks ha hav under ytan, en analys av ljuset som reflekteras från vissa TNO:er avslöjar signaturer av kristallin vattenis och ammoniakhydrater. Vid de extremt låga yttemperaturerna på dessa föremål, vattenis tar en oordnad, amorf form istället för de regelbundet ordnade kristallerna som är typiska i varmare områden, som snöflingor på jorden. Också, rymdstrålning omvandlar kristallin vattenis till den amorfa formen och bryter ner ammoniakhydrater, så de förväntas inte överleva länge på TNO-ytor. Detta tyder på att båda föreningarna kan ha kommit från ett inre flytande vattenlager som bröt ut till ytan, en process som kallas kryovulkanism.

Det mesta av den långlivade värmen inuti TNO kommer från sönderfallet av radioaktiva grundämnen som inkorporerades i dessa föremål när de bildades. Denna värme kan räcka för att smälta ett lager av den isiga skorpan, genererar ett hav under ytan och kanske underhåller det i miljarder år. Men när de radioaktiva elementen förfaller till mer stabila, de slutar avge värme och det inre av dessa föremål svalnar gradvis, och eventuella underjordiska hav kommer så småningom att frysa. Dock, den nya forskningen fann att gravitationsinteraktionen med en måne kan generera tillräckligt med extra värme inuti en TNO för att avsevärt förlänga livslängden för ett hav under ytan.

Varje måns omloppsbana kommer att utvecklas i en gravitationell "dans" med sitt moderobjekt för att uppnå ett så stabilt tillstånd som möjligt - cirkulär, i linje med sin förälders ekvator, och med månen som snurrar i en takt där samma sida alltid är vänd mot sin förälder. Stora kollisioner mellan himlaobjekt kan generera månar när material stänks in i omloppsbana runt det större föremålet och smälter samman till en eller flera månar under sin egen gravitation. Eftersom kollisioner inträffar i en mängd olika riktningar och hastigheter, de är osannolikt att producera månar med perfekt stabila banor initialt. När en kollisionsgenererad måne anpassar sig till en mer stabil bana, ömsesidig gravitationsattraktion får modervärldens inre och dess nymåne att upprepade gånger sträcka sig och slappna av, genererar friktion som frigör värme i en process som kallas tidvattenuppvärmning.

Teamet använde ekvationerna för tidvattenuppvärmning och beräknade dess bidrag till "värmebudgeten" för en mängd olika upptäckta och hypotetiska TNO-månesystem, inklusive Eris-Dysnomia-systemet. Eris är den näst största av de för närvarande kända TNO:erna efter Pluto.

"Vi fann att tidvattenuppvärmning kan vara en tipppunkt som kan ha bevarat oceaner av flytande vatten under ytan av stora TNO:er som Pluto och Eris till våra dagar, " sa Wade Henning från NASA Goddard och University of Maryland, College Park, en medförfattare till studien.

"Det är avgörande, vår studie tyder också på att tidvattenuppvärmning kan göra djupt begravda hav mer tillgängliga för framtida observationer genom att flytta dem närmare ytan, " sa Joe Renaud från George Mason University, Fairfax, Virginia, en medförfattare på tidningen. "Om du har ett flytande vattenskikt, den extra värmen från tidvattenvärme skulle få nästa intilliggande islager att smälta."

Även om flytande vatten är nödvändigt för livet, det räcker inte i sig. Livet behöver också tillgång till kemiska byggstenar och en energikälla. Djupt under havet på jorden, vissa geologiskt aktiva platser har hela ekosystem som trivs i totalt mörker eftersom hydrotermiska ventiler som kallas "svarta rökare" förser de nödvändiga ingredienserna i form av energirika kemikalier lösta i överhettat vatten. Tidvattenuppvärmning eller värme från sönderfall av radioaktiva grundämnen kan båda skapa sådana hydrotermiska ventiler, enligt teamet.

Teamet skulle vilja utveckla och använda ännu mer exakta modeller av tidvattenuppvärmning och TNO-interiörer för att bestämma hur lång tidvattenuppvärmning kan förlänga livslängden för ett hav med flytande vatten och hur en månens omloppsbana utvecklas när tidvattenuppvärmning försvinner energi. Teamet skulle också vilja upptäcka vid vilken tidpunkt ett flytande vattenhav bildas; om det bildas nästan omedelbart eller om det först kräver en betydande uppbyggnad av värme.