Simulação de supercomputador revela como um impacto gigante poderia ter moldado a lua

Crédito: Universidade de Durham

Cientistas líderes do Instituto de Cosmologia Computacional da Universidade de Durham usaram as simulações de supercomputadores mais detalhadas até agora para revelar uma explicação alternativa para a origem da lua, há 4,5 bilhões de anos. E revelou a existência de uma colisão gigante entre a Terra e[{” attribute=””>Mars-sized body could immediately place a Moon-like body into orbit around Earth.

High-end simulations

In their search for scenarios that could explain the present-day Earth-Moon system, the researchers simulated hundreds of different impacts at high resolution, varying the angle and speed of the collision as well as the masses and spins of the two colliding bodies. These calculations were performed using the SWIFT open-source simulation code, run on the DiRAC Memory Intensive service (“COSMA”), hosted by Durham University on behalf of the DiRAC High-Performance Computing facility.

Poder computacional adicional revelou que simulações de baixa resolução podem perder aspectos críticos de colisões em grande escala. Usando simulações de alta resolução, os pesquisadores podem descobrir recursos que não eram acessíveis em estudos anteriores. Apenas simulações de alta resolução produziram o satélite parecido com a lua, e detalhes adicionais revelaram como suas camadas externas continham mais material originário da Terra.

Se uma grande parte da Lua se formou imediatamente após o impacto gigante, isso também pode significar que o ponto de fusão da Lua é menor durante a formação em comparação com as teorias tradicionais em que a Lua cresceu dentro do disco de detritos ao redor da Terra. Dependendo dos detalhes da solidificação subsequente, essas teorias devem prever as várias estruturas internas da Lua.

O co-autor do estudo Vincent Eke disse: “Este caminho de formação pode ajudar a explicar a semelhança na composição isotópica entre as rochas lunares trazidas pelos astronautas da Apollo e o manto da Terra. Também pode haver consequências observáveis ​​para a espessura da crosta lunar, o que nos permitirá para determinar o tipo de colisão que ocorreu Aconteceu mais.”

Além disso, eles descobriram que mesmo quando um satélite passa tão perto da Terra que se espera que seja dilacerado por “forças de maré” da gravidade da Terra, o satélite pode realmente sobreviver. Na verdade, também poderia ser lançado em uma órbita mais ampla, a salvo de destruição futura.

Um monte de novas possibilidades

“Isso abre todo um novo conjunto de potenciais trampolins para a evolução lunar”, disse Jacob Kejris, principal autor do estudo. “Entramos neste projeto sem saber exatamente quais seriam os resultados dessas simulações de alta resolução. Então, em Além da grande abertura que as decisões padrão podem dar a você respostas erradas, foi muito empolgante que as novas descobertas pudessem incluir um intrigante satélite lunar em órbita.”

Acredita-se que a lua tenha se formado após uma colisão entre a jovem Terra e um objeto do tamanho de Marte, chamado Theia, há 4,5 bilhões de anos. A maioria das teorias constrói a Lua pelo acúmulo gradual de detritos dessa colisão. No entanto, isso foi desafiado por medições de rochas lunares que mostraram que sua composição é semelhante à do manto da Terra, enquanto o impacto produz detritos que vêm principalmente de Theia.

Este cenário de satélite imediato abre novas possibilidades para a órbita lunar inicial, bem como para a composição prevista e estrutura interna da Lua. Isso pode ajudar a explicar mistérios não resolvidos, como a órbita inclinada da lua para longe do equador da Terra; Ou poderia produzir uma lua primitiva que não está totalmente derretida, o que alguns cientistas sugerem que poderia ser uma combinação melhor para sua crosta mais fina.

Os próximos voos lunares devem revelar novas pistas sobre o tipo de impacto gigante que levou à lua, que por sua vez nos contará sobre a história da própria Terra.

A equipe de pesquisa incluiu cientistas em[{” attribute=””>NASA Ames Research Centre and the University of Glasgow, UK, and their simulation findings have been published in the Astrophysical Journal Letters.

Reference: “Immediate Origin of the Moon as a Post-impact Satellite” by J. A. Kegerreis, S. Ruiz-Bonilla, V. R. Eke, R. J. Massey, T. D. Sandnes and L. F. A. Teodoro, 4 October 2022, Astrophysical Journal Letters.
DOI: 10.3847/2041-8213/ac8d96

The research was partly supported by a DiRAC Director’s Discretionary Time award and a Science and Technology Facilities Council (STFC) grant.