Древний прохожий мог посетить Солнце и непреднамеренно помочь сформировать Солнечную систему в том виде, в котором она есть сегодня. Это произошло миллиарды лет назад, когда звездный дрейфующий пришел в 110 астрономических единиц (AU) от нашего Солнца. Эффект был долгосрочным, и мы можем видеть свидетельства мимолетной встречи гостя по всей Солнечной системе.
Нептун — самая удаленная планета в Солнечной системе, и по простому определению, она может обозначать границу Солнечной системы. За Нептуном находится целое царство других объектов, называемое поясом Койпера. Это дом Плутона, большинства карликовых планет и некоторых комет. Астрономы не уверены, насколько велика популяция пояса Койпера, но она может содержать десятки тысяч объектов диаметром более 100 км.
Некоторые из этих объектов имеют необычные орбиты и называются транснептуновыми объектами (TNO). В новом исследовании группа астрономов предполагает, что эти орбиты и некоторые другие свидетельства в Солнечной системе подтверждают идею о том, что другая звезда прошла мимо нашей Солнечной системы и вытеснила эти объекты на их нынешние орбиты. Звезда могла так сильно потревожить некоторые объекты, что они были вытеснены во внутреннюю часть Солнечной системы и поселились в качестве лун вокруг гигантских планет.
Эти результаты представлены в двух новых статьях. Одна из них опубликована в журнале Nature и называется «Траектория звездного пролета, формирующего внешнюю часть Солнечной системы». Вторая опубликована в Astrophysical Journal Letters и называется «Нерегулярные луны, возможно, выброшенные из внешней части Солнечной системы в результате звездного пролета». Сюзанна Пфальцнер, ведущий автор обеих статей, из Юлихского суперкомпьютерного центра, исследовательского центра (Forschungszentrum) Юлих, Юлих, Германия.
«Красота этой модели заключается в ее простоте. Она отвечает на несколько открытых вопросов о нашей солнечной системе всего одной причиной».
Сюзанна Пфальцнер, Суперкомпьютерный центр Юлиха, Forschungszentrum Юлих, Германия
В то время как Нептун отмечает самую внешнюю границу планет в нашей Солнечной системе, за его пределами существует целая популяция объектов. «Однако известно, что несколько тысяч небесных тел движутся за пределами орбиты Нептуна», — сказал Пфальцнер. «Удивительно, но многие из этих так называемых транснептуновых объектов движутся по эксцентричным орбитам, которые наклонены относительно общей орбитальной плоскости планет в Солнечной системе».
Плутон — самый известный ТНО, поскольку раньше его считали планетой. Его орбита наклонена на 17 градусов относительно эклиптики, воображаемой плоскости, по которой движется Земля, вращаясь вокруг Солнца. В эклиптике считается, что Земля вращается вокруг Солнца под углом ноль градусов, и ни одна из других планет не наклонена более чем на семь градусов.
Пфальцнер и ее коллеги-исследователи использовали симуляции, чтобы попытаться понять, как наклоняются некоторые объекты. Они провели более 3000 симуляций на суперкомпьютере в своих усилиях. Они хотели исследовать идею о том, что проходящая звезда может быть ответственной, и их работа показала, что это возможно.
«Наше исчерпывающее исследование числовых параметров состоит из более чем 3000 отдельных симуляций, моделирующих эффект пролета звезды на планетезимальном диске, окружающем Солнце, простирающемся на 150 и 300 а.е. соответственно», — пишут авторы в своем исследовании.
Существуют три различных популяции ТНО:
- холодные объекты пояса Койпера, движущиеся по почти круговым орбитам, близким к плоскости,
- транснептуновые объекты типа Седны, вращающиеся на больших расстояниях (rp?>?60?au) по сильно эксцентричным орбитам (e?>?0.5),
- ТНО с большим наклоном (i?>?60°).
По словам авторов, любая теория формирования Солнечной системы должна объяснить эти три группы. «Хотя на данный момент известны только три объекта, похожих на Седну, и несколько сильно наклоненных транснептуновых объектов, они являются решающим испытанием для любой теории формирования внешней Солнечной системы», — пишут они.
Это не первый раз, когда ученые задаются вопросом, может ли пролет звезды объяснить эти загадочные части нашей Солнечной системы. Но этот вопрос был отклонен, поскольку считалось, что пролеты звезд редки. Однако по мере того, как мы получаем более мощные телескопы, мы обнаруживаем, что они более обычны. «Однако недавние наблюдения Atacama Large Millimeter Array показывают, что близкие пролеты звезд, похоже, относительно обычны», — пишут авторы.
Гипотеза пролета вновь вызвала интерес, однако ее трудно изучать, поскольку пространство параметров пролета слишком велико, а прогнозы неопределенны.
Однако эти исследователи добились важного прогресса, и их моделирование может многое объяснить.
«Можно вывести даже орбиты очень далеких объектов, например, орбиту карликовой планеты Седны в самых отдаленных уголках Солнечной системы, которая была открыта в 2003 году. А также объекты, которые движутся по орбитам, почти перпендикулярным планетарным орбитам», — сказал Пфальцнер. У Седны чрезвычайно широкая орбита, и ей требуется 11 400 лет, чтобы завершить один оборот вокруг Солнца. Ее орбита также имеет дикий эксцентриситет.
По словам Пфальцнер и ее коллег, пролет звезды также может объяснить два объекта Солнечной системы с очень странными орбитами. 2008 KV42 имеет ретроградную орбиту, то есть он вращается в противоположном направлении, чем планеты. Орбита 2011 KT19 наклонена на 110 градусов, то есть он фактически следует полярной ретроградной орбите.
Какая звезда могла сформировать орбиты этих объектов?
«Лучшим соответствием для сегодняшней внешней солнечной системы, которое мы нашли с помощью наших симуляций, является звезда, которая была немного легче нашего Солнца — около 0,8 солнечных масс», — объяснил коллега Пфальцнера Амит Говинд. «Эта звезда пролетела мимо нашего Солнца на расстоянии около 16,5 миллиардов километров. Это примерно в 110 раз больше расстояния между Землей и Солнцем, немного меньше, чем в четыре раза больше расстояния до самой внешней планеты Нептун».
Нерегулярные луны — одна из загадок Солнечной системы. Все в Солнечной системе образовалось из солнечной туманности, что означает, что, исключая внешнее влияние, все должно иметь сходство орбит. «Происхождение этих нерегулярных лун все еще остается открытым вопросом, но у этих лун много общего с объектами за Нептуном (транснептуновыми объектами — ТНО), что указывает на общее происхождение», — пишут авторы.
Проходящая звезда могла разрушить далекие объекты и отправить их во внутреннюю часть Солнечной системы, где планеты-гиганты захватили их на свои орбиты.
«Некоторые из этих объектов могли быть захвачены гигантскими планетами в качестве лун», — говорит соавтор Саймон Портегис Цварт из Лейденского университета. «Это объяснило бы, почему внешние планеты нашей солнечной системы имеют два разных типа лун».
Неправильные луны имеют необычные орбиты, которые могут быть наклонными, «сильно эллиптическими, иногда ретроградными, а иногда и на большом расстоянии от своей планеты. Все четыре гигантские планеты имеют неправильные луны, такие как Феба Сатурна и Тритон Нептуна. «Красота этой модели заключается в ее простоте», — говорит Пфальцнер. «Она отвечает на несколько открытых вопросов о нашей солнечной системе всего с одной причиной».
«Звездный пролет может одновременно количественно воспроизвести сложную динамику TNO, объясняя происхождение нерегулярных лун и распределение цветов обеих популяций», — пишут авторы. Их моделирование показывает, что пролет отправил бы 7,2% популяции TNO во внутреннюю часть Солнечной системы. Многие из них следовали бы по ретроградным орбитам, хотя большинство из них впоследствии были бы выброшены из Солнечной системы, и только несколько были бы захвачены планетами.
Мог ли этот пролет повлиять на появление жизни? Это чисто спекулятивный вопрос, но поскольку жизнь так редка и необъяснима, его нужно задать. Возможно, что некоторые объекты, потревоженные пролетом, врезались в Землю или другие планеты, возможно, доставив пребиотический материал и летучие вещества. В то же время орбита Земли могла остаться нетронутой. «Однако, сколько пребиотического материала, изначально содержащегося в введенном ТНО, выживет после удара о планету земного типа, потребует дальнейших исследований», — пишут авторы.
Моделирование смогло объяснить критические вещи о Солнечной системе, которые нуждаются в объяснениях. Однако, необходимо больше доказательств, прежде чем работа станет окончательной.
Прогнозы команды могут быть проверены, когда обсерватория Веры Рубин (VRO)войдет в строй. Ожидается, что VRO обнаружит около 40 000 транснептуновых объектов.
