Пояс Койпера — область на окраинах Солнечной системы, наполненная ледяными телами. Обычно присутствие в нем двойных систем трактуют как отсутствие существования хаоса в этой структуре в начале ее существования. Однако новые исследования указывают на то, что это не так.
Роль пояса Койпера в эволюции Солнечной системы
Попытки понять строение и эволюцию пояса Койпера Солнечной системы не дают покоя исследователям с тех пор, как была выдвинута гипотеза о его существовании вскоре после открытия Плутона в 1930 году. Присутствие в нем двойных систем объектов является важным индикатором, поскольку их существование сегодня дает представление о том, насколько энергичной или бурной была эволюция Солнечной системы четыре миллиарда лет назад.
Внимательно изучая эволюцию двойных систем, в которых компоненты находятся на большом расстоянии, исследователи привлекли больше физики, которая многое раскрывает об их архитектуре и развертывании. Они обнаружили, что такие системы, возможно, не были сформированы в первоначальной Солнечной системе, как считалось ранее. Их работа была опубликована в журнале Nature Astronomy.
«Во внешних областях Солнечной системы существует популяция двойных систем, настолько сильно разделенных между собой, что стоит задуматься над тем, смогли ли бы они просуществовать 4 млрд лет, не будучи полностью разделенными каким-то образом», — говорит Хантер М. Кэмпбелл из Университета Оклахомы в США.
Пояс Койпера — это торообразная область Солнечной системы, содержащая планетезимали и меньшие тела, оставшиеся после ее формирования. Он начинается примерно на орбите Нептуна, которая в среднем находится на расстоянии 30 а.е. от Солнца и простирается примерно до 55 а.е., наклоняясь в пределах 10° к плоскости эклиптики Земли.
Массивнее пояса астероидов в 20–200 раз, он состоит из небольших остатков формирования Солнечной системы — в основном это замерзшие летучие вещества, такие как метан, аммиак и вода. В ее пределах находятся карликовые планеты Плутон, Эрида, Орк и другие. Считается, что существует более 100 000 объектов пояса Койпера диаметром около 100 км.
Существование сверхшироких двойных объектов в поясе Койпера
Холодные классические объекты пояса Койпера — это класс малых тел с невозмущенными орбитами за пределами орбиты Нептуна; эти объекты являются примитивными и хранят информацию о формировании Солнечной системы. Они никогда не мигрировали, как Нептун, удалившийся от светила еще несколько миллиардов лет назад.
Этот регион имеет больше всего сверхшироких двойных объектов — почти треть объектов в этом регионе являются двойными, гравитационно связанными с другим объектом, и несколько процентов из них являются сверхширокими двойными (СШП), диаметр которых составляет примерно 100 км, но разделены десятками тысяч километров.
Несмотря на свою редкость и уязвимость к возмущениям, современные сверхширокие двойные использовались для ограничения минимального расстояния от Нептуна в ранней Солнечной системе и приблизительного количества транснептуновых объектов (ТНО) размером в километры в современном поясе Койпера.
Однако неявно предполагалось, что архитектура НШП с их большими расстояниями происходит из ранней, первоначальной Солнечной системы. Но Кэмпбелл и его команда задались вопросом, могли ли изначально существовать тесно связанные бинарные объекты, которые из-за столкновения с ТНО в течение веков потеряли часть своего сцепления друг с другом и, хотя все еще были связаны, их разделение эволюционировало до сверхширокого.
Однако исследования показали, что количество ТНО, которые пролетают или сталкиваются с современным поясом Койпера, слишком мало, чтобы создать значительную популяцию НШП.
Эволюция сверхшироких двойных объектов в Солнечной системе
Когда Нептун мигрировал от Солнца (с 24 до 30 а.е.), некоторые из этих объектов динамически рассеивались, пока не начали сильно взаимодействовать с гигантскими внешними планетами Солнечной системы, когда они были выброшены из Солнечной системы или попали в ловушку облака Оорта.
Считается, что примерно 99–99,9% планетезималей первоначального пояса были выброшены из динамического пояса Койпера — объектов, которые сформировались гораздо ближе к Солнцу и мигрировали на свои нынешние орбиты, когда их вытолкнул Нептун. Поскольку для удаления объекта из первоначального пояса требуется по меньшей мере 10 млн лет, Кэмпбелл и его коллеги задались вопросом, не может ли количество пересечений холодных классических поясов таких нарушенных ТНО быть значительно большим, чем следует из современных наблюдений, что подвергнет двойные большим гравитационным возмущениям.
Именно это и выявило их моделирование эволюции пояса Койпера. Кажется, что НШП не являются первичными, поэтому они не могут сдерживать раннюю Солнечную систему, как считалось ранее.
Подвергнув ранние бинарные объекты четырем миллиардам лет пролетов этих различных траекторий ТНО, они обнаружили, что «расширение тесных бинарных систем не было редкостью в наших симуляциях».
Они подсчитали, что за 4 млрд лет существования Солнечной системы прохождение ТНО привело бы к расширению до 10% умеренно плотных двоичных объектов в НШП. Но результат не касается более плотных двоичных систем.
По материалам phys.org
