De studie van de vele manen van het zonnestelsel heeft de afgelopen decennia een schat aan informatie onthuld. Deze omvatten de manen van Jupiter - waarvan er 69 zijn geïdentificeerd en genoemd - Saturnus (met 62) en Uranus (27). In alle drie de gevallen hebben de satellieten die in een baan om deze gasreuzen draaien, programmeerbare banen met een lage helling. Binnen het Neptuniaanse systeem merkten astronomen echter op dat de situatie heel anders was.
Vergeleken met de andere gasreuzen heeft Neptunus veel minder satellieten en het grootste deel van de massa van het systeem is geconcentreerd binnen een enkele satelliet waarvan wordt aangenomen dat deze is gevangen (d.w.z. Triton). Volgens een nieuwe studie door een team van het Weizmann Institute of Science in Israël en het Southwest Research Institute (SwRI) in Boulder, Colorado, heeft Neptunus misschien ooit een groter systeem van satellieten gehad, waardoor de komst van Triton mogelijk is verstoord.
De studie, getiteld "Triton’s Evolution with a Primordial Neptunian Satellite System", verscheen onlangs in The Astrophysical Journal. Het onderzoeksteam bestond uit Raluca Rufu, astrofysicus en geofysicus van het Weizmann Institute, en Robin M. Canup - Associate VP van de SwRI. Samen overwogen ze modellen van een primordiaal Neptuniaans systeem en hoe dit mogelijk is veranderd dankzij de komst van Triton.
Al vele jaren zijn astronomen van mening dat Triton ooit een dwergplaneet was die uit de Kuipergordel werd getrapt en door de zwaartekracht van Neptunus werd gevangen. Dit is gebaseerd op zijn retrograde en sterk hellende baan (156,885 ° naar de evenaar van Neptunus), die in tegenspraak is met de huidige modellen van hoe gasreuzen en hun satellieten worden gevormd. Deze modellen suggereren dat als gigantische planeten gas opnemen, hun manen ontstaan uit een omringende puinschijf.
In overeenstemming met de andere gasreuzen zouden de grootste van deze satellieten geprogrammeerde, regelmatige banen hebben die niet bijzonder hellend zijn ten opzichte van de evenaar van hun planeet (meestal minder dan 1 °). In dit opzicht wordt aangenomen dat Triton ooit deel uitmaakte van een binair bestand dat bestaat uit twee Trans-Neptuniaanse Objecten (TNO's). Wanneer ze voorbij Neptunus zwaaiden, zou Triton door zijn zwaartekracht zijn gevangen en geleidelijk in zijn huidige baan zijn gevallen.
Zoals Dr. Rufu en Dr. Canup in hun studie stellen, zou de komst van deze enorme satelliet waarschijnlijk veel verstoring van het Neptuniaanse systeem hebben veroorzaakt en de evolutie ervan hebben beïnvloed. Dit bestond uit het onderzoeken van hoe interacties - zoals verstrooiing of botsingen - tussen Triton en de eerdere satellieten van Neptunus de baan en massa van Triton en het systeem in het algemeen zouden hebben veranderd. Zoals ze uitleggen:
"We evalueren of de botsingen tussen de oersatellieten voldoende verstorend zijn om een puinschijf te creëren die de circulatie van Triton zou versnellen, of dat Triton eerst een verstorende impact zou ervaren. We zoeken de massa van het oersatellietsysteem die de huidige architectuur van het Neptuniaanse systeem zou opleveren. '
Om te testen hoe het Neptuniaanse systeem had kunnen evolueren, overwogen ze verschillende soorten primordiale satellietsystemen. Dit omvatte een die consistent was met het huidige systeem van Uranus, bestaande uit geprogrammeerde satellieten met een vergelijkbaar massarantsoen als de grootste manen van Uranus - Ariel, Umbriel, Titania en Oberon - en een die min of meer enorm was. Vervolgens voerden ze simulaties uit om te bepalen hoe de komst van Triton deze systemen zou hebben veranderd.
Deze simulaties waren gebaseerd op wetten voor het schalen van verstoringen, waarin werd nagegaan hoe de niet-hit-and-run effecten tussen Triton en andere instanties zouden hebben geleid tot een herverdeling van materie in het systeem. Wat ze ontdekten, na 200 simulaties, was dat een systeem met een massaverhouding die vergelijkbaar was met het huidige Uranische systeem (of kleiner) waarschijnlijk het huidige Neptuniaanse systeem zou produceren. Zoals ze zeggen:
"We vinden dat een eerder satellietsysteem met een massaverhouding vergelijkbaar met het Uranische systeem of kleiner, een substantiële kans heeft om het huidige Neptuniaanse systeem te reproduceren, terwijl een groter systeem een lage kans heeft om naar de huidige configuratie te leiden."
Ze ontdekten ook dat de interactie van Triton met een eerder satellietsysteem ook een mogelijke verklaring biedt voor hoe de oorspronkelijke baan snel genoeg zou kunnen worden verkleind om de banen van kleine onregelmatige satellieten te behouden. Deze Nereid-achtige lichamen zouden anders uit hun banen zijn geschopt omdat de getijdenkrachten tussen Neptunus en Triton ervoor zorgden dat Triton zijn huidige baan aannam.
Uiteindelijk biedt deze studie niet alleen een mogelijke verklaring waarom het Neptunus-satellietsysteem verschilt van dat van andere gasreuzen; het geeft ook aan dat de nabijheid van Neptunus tot de Kuipergordel verantwoordelijk is. Ooit had Neptunus mogelijk een manenstelsel dat erg veel leek op dat van Jupiter, Saturnus en Uranus. Maar omdat het goed gelegen is om dwergobjecten van planeetformaat op te pikken die uit de Kuipergordel zijn getrapt, is dit veranderd.
Kijkend naar de toekomst, geven Rufu en Canup aan dat aanvullende studies nodig zijn om licht te werpen op de vroege evolutie van Triton als een Neptuniaanse satelliet. In wezen zijn er nog steeds onbeantwoorde vragen over de effecten die het systeem van reeds bestaande satellieten op Triton had, en hoe stabiel de onregelmatige geprogrammeerde satellieten waren.
Deze bevindingen werden ook gepresenteerd door Dr., Rufu en Dr. Canup tijdens de 48ste Lunar and Planetary Science Conference, die afgelopen maart plaatsvond in The Woodlands, Texas.
