Пояс Койпера — область на околицях Сонячної системи, наповнена крижаними тілами. Зазвичай присутність у ньому подвійних систем трактують як відсутність існування хаосу в цій структурі на початку її існування. Однак нові дослідження вказують на те, що це не так.
Роль поясу Койпера в еволюції Сонячної системи
Спроби зрозуміти будову та еволюцію поясу Койпера Сонячної системи не дають спокою дослідникам відтоді, як була висунута гіпотеза про його існування невдовзі після відкриття Плутона в 1930 році. Присутність у ньому подвійних систем об’єктів є важливим індикатором, оскільки їхнє існування сьогодні дає уявлення про те, наскільки енергійною чи бурхливою була еволюція Сонячної системи чотири мільярди років тому.
Уважно вивчаючи еволюцію подвійних систем, в яких компоненти перебувають на великій відстані, дослідники залучили більше фізики, яка багато чого розкриває про їхню архітектуру та розгортання. Вони виявили, що такі системи, можливо, не були сформовані в первісній Сонячній системі, як вважалося раніше. Їхня робота була опублікована в журналі Nature Astronomy.
«У зовнішніх областях Сонячної системи існує популяція подвійних систем, настільки сильно розділених між собою, що варто замислитися над тим, чи змогли б вони проіснувати 4 млрд років, не будучи повністю розділеними якимось чином», — каже Хантер М. Кемпбелл з Університету Оклахоми в США.
Пояс Койпера — це тороподібна область Сонячної системи, що містить планетезималі та менші тіла, які залишилися після її формування. Він починається приблизно на орбіті Нептуна, яка в середньому розташована на відстані 30 а.о. від Сонця і простягається приблизно до 55 а.о., нахиляючись у межах 10° до площини екліптики Землі.
Масивніший за пояс астероїдів у 20–200 разів, він складається з невеликих залишків формування Сонячної системи — здебільшого це замерзлі леткі речовини, такі як метан, аміак і вода. В її межах розташовані карликові планети Плутон, Еріда, Орк та інші. Вважається, що існує більш ніж 100 000 об’єктів поясу Койпера діаметром понад 100 км.
Існування надшироких подвійних об’єктів у поясі Койпера
Холодні класичні об’єкти поясу Койпера — це клас малих тіл із незбуреними орбітами за межами орбіти Нептуна; ці об’єкти є примітивними і зберігають інформацію про формування Сонячної системи. Вони ніколи не мігрували, як Нептун, що віддалився від світила ще кілька мільярдів років тому.
Цей регіон має найбільше надшироких подвійних об’єктів — майже третина об’єктів у цьому регіоні є подвійними, гравітаційно пов’язаними з іншим об’єктом, і кілька відсотків з них є надширокими подвійними (НШП), діаметр яких становить приблизно 100 км, але розділені десятками тисяч кілометрів.
Попри свою рідкість і вразливість до збурень, сучасні надширокі подвійні використовувалися для обмеження мінімальної відстані від Нептуна в ранній Сонячній системі й приблизної кількості транснептунових об’єктів (ТНО) розміром в кілометри у сучасному поясі Койпера.
Однак неявно припускалося, що архітектура НШП з їхніми великими відстанями походить з ранньої, первісної Сонячної системи. Але Кемпбелл і його команда задалися питанням, чи могли спочатку існувати тісно пов’язані бінарні об’єкти, які через зіткнення з ТНО протягом століть втратили частину свого зчеплення один з одним і, хоча все ще були пов’язані, їхнє розділення еволюціонувало до надширокого.
Однак дослідження показали, що кількість ТНО, які пролітають або зіштовхуються з сучасним поясом Койпера, є надто малою, щоб створити значну популяцію НШП.
Еволюція надшироких подвійних об’єктів у Сонячній системі
Коли Нептун мігрував від Сонця (з 24 до 30 а.о.), деякі з цих об’єктів динамічно розсіювалися, поки не почали сильно взаємодіяти з гігантськими зовнішніми планетами Сонячної системи, коли вони були викинуті з Сонячної системи або потрапили у пастку хмари Оорта.
Вважається, що приблизно 99–99,9% планетезималей первісного поясу були викинуті з динамічного поясу Койпера — об’єктів, які сформувалися набагато ближче до Сонця і мігрували на свої нинішні орбіти, коли їх виштовхнув Нептун. Оскільки для видалення об’єкта з первісного поясу потрібно щонайменше 10 млн років, Кемпбелл і його колеги зацікавилися, чи не може кількість перетинів холодних класичних поясів таких порушених ТНО бути значно більшою, ніж випливає із сучасних спостережень, що піддасть подвійні більшим гравітаційним збуренням.
Саме це і виявило їхнє моделювання еволюції поясу Койпера. Здається, що НШП не є первинними, тому вони не можуть стримувати ранню Сонячну систему, як вважалося раніше.
Піддавши ранні бінарні об’єкти чотирьом мільярдам років прольотів цих різних траєкторій ТНО, вони виявили, що «розширення тісних бінарних систем не було рідкістю в наших симуляціях».
Вони підрахували, що за 4 млрд років існування Сонячної системи проходження ТНО призвело б до розширення до 10% помірно щільних двійкових об’єктів в НШП. Але результат не стосується більш щільних двійкових систем.
За матеріалами phys.org
