Sao Diêm Vương có bao nhiêu mặt trăng? Các mặt trăng nhỏ của Sao Diêm Vương, Nix và Hydra, được phát hiện vào năm 2005 (nhưng được đặt tên vào năm 2006) trong một chiến dịch quan sát của Kính viễn vọng Không gian Hubble. Nhưng những vệ tinh này đến từ đâu? Lý thuyết được chấp nhận hiện nay về sự hình thành trên mặt trăng lớn, Charon, giống như lý thuyết hỗ trợ cho việc tạo ra Trái đất Mặt trăng. Người ta cho rằng một tác động lớn giữa hai Vật thể Vành đai Kuiper lớn đã tách Charon ra khỏi một Diêm vương tinh, đưa khối lượng Sao Diêm Vương vào quỹ đạo. Trong những năm qua, các lực lượng thủy triều đã làm chậm cặp đôi và Charon được phép định cư vào quỹ đạo ngày nay. Lý thuyết gần đây cho thấy Nix và Hydra là sản phẩm của vụ va chạm này, chỉ đơn thuần là những mảnh vỡ của tác động to lớn. Nhưng có vấn đề với ý tưởng này. Nix và Hydra có thể đến từ nơi nào khác ngoài tác động của Sao Diêm Vương không?
Các mặt trăng nhỏ quay quanh Vật thể Vành đai Kuiper lớn (trước đây được phân loại là một hành tinh) có thể được tìm thấy cách bề mặt Sao Diêm Vương khoảng 48.700 km và 64.800 km. Mặt trăng gần nhất được gọi là Nix và xa nhất, Hydra. Nix có cộng hưởng quỹ đạo là 4: 1 với quỹ đạo Charons và mặt trăng lớn hơn Hydra có cộng hưởng 6: 1 (tức là Nix sẽ quay quanh Sao Diêm Vương một lần trong bốn quỹ đạo của Charons; Hydra sẽ quay quanh Sao Diêm một lần cho mỗi sáu quỹ đạo của Charons) .
Những lý do đằng sau các quỹ đạo mặt trăng nhỏ này mới chỉ bắt đầu được hiểu, nhưng người ta biết rằng sự cộng hưởng của chúng với quỹ đạo Charons bắt nguồn từ quá trình tiến hóa của hệ thống Sao Diêm Vương. Nếu chúng ta giả sử Hydra và Nix được hình thành từ một vụ va chạm Kuiper Belt Object lớn, thì lời giải thích đơn giản nhất là giả định rằng chúng là toàn bộ mảnh vỡ từ tác động bắt trong trọng lực của hệ thống Pluto-Charon. Tuy nhiên, do các quỹ đạo lệch tâm rất lớn có thể xảy ra từ vụ va chạm này, không có khả năng hai mặt trăng nhỏ có thể tiến hóa thành một quỹ đạo gần tròn, trong sự cộng hưởng gần như với coron.
Vì vậy, có thể các mặt trăng có thể đã hình thành từ bụi và mảnh vụn do va chạm ban đầu? Nếu có đủ nguyên liệu được sản xuất và nếu vật liệu đó va chạm thường xuyên, thì có lẽ Nix và Hydra được sinh ra từ một mảnh vụn lạnh (chứ không phải là toàn bộ mảnh đá), cuối cùng kết lại và tạo thành những mặt trăng đá có kích thước lớn. Vì có thể có một đĩa mảnh vụn, va chạm với quỹ đạo Nix và Hydra cũng sẽ làm giảm bất kỳ độ lệch tâm nào trong quỹ đạo của chúng.
Nhưng có một vấn đề lớn với lý thuyết này. Từ các mô phỏng tác động, đĩa vụn sau tác động xung quanh Sao Diêm Vương sẽ rất nhỏ gọn. Đĩa không thể đạt tới quỹ đạo của các mặt trăng ngày nay.
Một lý thuyết nữa cho thấy có lẽ các mặt trăng là được tạo ra trong một đĩa hậu tác động, nhưng rất gần với Sao Diêm Vương, và sau đó thông qua các tương tác hấp dẫn với Charon, quỹ đạo của Nix và Hydra được kéo ra ngoài, cho phép chúng quay quanh đĩa sau tác động sau Pluto-Charon. Theo các mô phỏng trên máy tính gần đây, điều này dường như cũng không thể xảy ra.
Để tìm câu trả lời, công trình của Yoram Lithwick và Yanqin Wu (Đại học Toronto) đề nghị chúng ta phải nhìn xa hơn hệ thống Pluto-Charon để tìm nguồn nguyên liệu cho Nix và Hydra. Từ các mô phỏng, các lý thuyết trên về việc tạo ra các mặt trăng nhỏ được bắt đầu bằng vật chất được đẩy ra từ một vụ va chạm lớn giữa hai Vật thể Vành đai Kuiper lớn (tạo ra Sao Diêm Vương và Charon) là vô cùng có vấn đề. Họ không trả lời chính xác các quỹ đạo lệch tâm cao mà Nix và Hydra sẽ có từ một vụ va chạm có thể phát triển thành những vòng tròn gần như họ có ngày nay.
Lithwick và Wu tiếp tục nói rằng quỹ đạo cộng hưởng hình tròn của hai mặt trăng có thể được tạo ra từ một đĩa Plutocric gồm những mẩu đá nhỏ vẩy lên trên quỹ đạo của Sao Diêm Vương quanh Mặt trời. Do đó, Nix và Hydra có thể đã được hình thành từ các mảnh vụn đá còn sót lại từ sự phát triển của Hệ mặt trời, chứ không phải từ một sự kiện va chạm tạo ra Charon. Điều này có thể đúng với vô số Vật thể Vành đai Kuiper khác trên quỹ đạo ở xa Mặt trời của Hệ Mặt trời, không có tác động nào là cần thiết để tạo ra các mặt trăng nhỏ bé được cho là vệ tinh của chúng.
Hy vọng rằng nhiệm vụ Chân trời mới (được phát động vào ngày 21 tháng 1 năm 2006) tới các hệ mặt trời xa sẽ tiết lộ một số câu hỏi vẫn chưa được trả lời ở sâu trong Vành đai Kuiper bí ẩn của chúng ta. Hy vọng rằng chúng ta cũng sẽ tìm hiểu xem Nix và Hydra có phải là con của Pluto và Charon không hay liệu chúng có được nhận nuôi hay không.
Nguồn: arXiv
