Схема пояса Койпера. Крупными объектами являются Солнце, Юпитер, Уран, Нептун и Сатурн. За ними лежат объекты пояса Койпера различных категорий. Масштаб в AU. Расстояния указаны в масштабе, а точки Солнца и планеты — нет. Фото: Википедия через CC BY-SA 3.0.
Попытки понять состав и эволюцию пояса Койпера в Солнечной системе заняли исследователей, поскольку гипотеза об этом была выдвинута вскоре после открытия Плутона в 1930 году. В частности, бинарные пары объектов полезны в качестве индикаторов, поскольку их существование сегодня рисует картину насколько энергичной и бурной была эволюция Солнечной системы в первые дни своего существования четыре миллиарда лет назад.
Внимательно изучая эволюцию сверхширокого (разделенного) двойного объекта, исследователи включили в него больше физических фактов, которые многое могут рассказать об их архитектуре и развитии. Они обнаружили, что эти сверхширокие двойные системы, возможно, не сформировались в первичной Солнечной системе, как считалось. Их работа была опубликована в журнале Nature Astronomy.
«Во внешних пределах Солнечной системы существует популяция двойных систем, настолько сильно разделенных друг от друга, что, казалось, стоит выяснить, смогут ли они прожить хотя бы 4 миллиарда лет, не будучи уничтоженными. [completely] каким-то образом разделились», — сказал Хантер М. Кэмпбелл из Университета Оклахомы в США.
«Если бы они образовались в раннем поясе Койпера и просуществовали так долго, можно было бы сделать ряд выводов о том, насколько энергичной и бурной была эволюция Солнечной системы в ее ранние дни».
Пояс Койпера — это область Солнечной системы в форме тора, содержащая планетезимали и более мелкие тела, оставшиеся от формирования Солнечной системы. Она начинается примерно на орбите Нептуна, которая в среднем находится на расстоянии 30 астрономических единиц (а.е.) от Солнца, и простирается примерно до 55 а.е., наклоненная в пределах 10 ° от плоскости эклиптики Земли.
Более массивный, чем пояс астероидов, в 20–200 раз, он состоит из небольших остатков формирования Солнечной системы — большинство из них представляют собой ледяные летучие вещества, состоящие из таких молекул, как метан, аммиак и вода. Внутри него находятся карликовые планеты Плутон, Эрида, Оркус и другие. Считается, что существует более 100 000 объектов пояса Койпера диаметром более 100 км.
Холодные классические объекты пояса Койпера, входящие в состав пояса Койпера, представляют собой класс малых тел с невозмущенными орбитами за пределами орбиты Нептуна; эти объекты примитивны и сохраняют информацию о формировании Солнечной системы. Они никогда не мигрировали, как Нептун мигрировал от Солнца в самом начале существования Солнечной системы. В этом регионе больше всего сверхшироких двойных систем (СШП) — почти треть объектов в этом регионе являются двойными, гравитационно связанными с другим объектом, и несколько процентов из них представляют собой сверхширокие двойные системы (СШП) с диаметром объектов примерно 100 км, но разделены десятками тысяч километров.
«Во многих работах прошлого бинарная эволюция рассматривалась как движущая сила столкновений с пролетающими мимо телами», — сказал Кэмпбелл. «Наша работа исследует эволюцию, вызванную гравитационными возмущениями».
Несмотря на свою редкость и подверженность разрушениям, сегодняшние СШП используются для ограничения их минимального расстояния от Нептуна в ранней Солнечной системе и приблизительного количества транснептуновых объектов (ТНО) размером в несколько километров в сегодняшнем поясе Койпера.
Однако неявно предполагалось, что архитектура СШП с их широким разнесением пришла из ранней, первозданной Солнечной системы. Но Кэмпбелл и его команда задавались вопросом, могли ли изначально существовать тесно связанные бинарные объекты, которые в результате столкновений с ТНО на протяжении тысячелетий теряли часть своей власти друг над другом и, хотя все еще были связаны, их разделение развилось до сверхширокого.
Откройте для себя новейшие достижения науки, технологий и космоса благодаря более чем 100 000 подписчиков, которые ежедневно получают информацию от Phys.org. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получайте обновления о прорывах, инновациях и важных исследованиях — ежедневно или еженедельно.
Однако исследования показали, что количество проходящих или врезающихся ТНО в современном поясе Койпера слишком мало, чтобы существенно создать популяцию СШП.
По мере того как Нептун мигрировал от Солнца (с 24 до 30 а.е.), некоторые из этих объектов динамически рассеивались, пока не начали сильно взаимодействовать с внешними планетами-гигантами Солнечной системы, когда они были выброшены из Солнечной системы или оказались в ловушке в облаке Оорта.
Считается, что от 99 до 99,9% планетезималей первичного пояса были выброшены из динамического пояса Койпера, объектов, которые сформировались намного ближе к Солнцу и мигрировали на свои нынешние орбиты, когда их вытеснил Нептун. Поскольку для удаления затронутого объекта первичного пояса требуется не менее 10 миллионов лет, Кэмпбелл и его коллеги задавались вопросом, может ли включение многих пересечений холодного классического пояса таких возмущенных ТНО быть существенно выше, чем это следует из современных наблюдений, что подвергло бы двойные системы более сильному гравитационному воздействию. возмущения.
Именно это и обнаружило их моделирование эволюции пояса Койпера. СШП, похоже, не являются первичными, поэтому они не могут ограничивать раннюю Солнечную систему, как считалось.
«Судя по нашим результатам, кажется, что эти возмущения весьма значительны, до такой степени, что эти широкие двойные системы, вероятно, не могли бы существовать очень долго», — сказал Кэмпбелл.
«Но возмущения также способны увеличивать количество этих широких двойных систем, медленно растягивая первоначально более тесные и стабильные двойные системы дальше друг от друга, пока они не станут широкими».
Подвергнув ранние двойные системы воздействию четырех миллиардов лет пролетов по этим различным траекториям TNO, они обнаружили, что «расширение более плотных двойных систем TNO в структуры UWB не было редкостью в наших симуляциях».
Они подсчитали, что проходы ТНО расширят до 10% умеренно плотных двойных звезд в СШП за 4 миллиарда лет существования Солнечной системы. Но этот результат не справедлив для более плотных двоичных файлов.
«Поскольку будет обнаружено больше двойных систем пояса Койпера и мы получим лучшее представление о широком населении двойных систем, мы сможем сузить ограничения на эволюцию пояса Койпера и планет-гигантов, которые его двигали», — сказал Кэмпбелл.
Поскольку подобные КБ-диски были замечены в других звездных системах: «Если мы узнаем больше о том, как сформировалась наша, мы сможем узнать немного больше о том, как формировались другие, и сделать некоторые предположения о том, какие еще планеты могут там скрываться, но это слишком сложно. чтобы увидеть иное».
