Новое исследование предполагает, что нынешнее расположение Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна стало результатом редкого космического события – тесного сближения с загадочным перемещающимся объектом. Эта гипотеза была выдвинута учеными, стремящимися разгадать одну из главных загадок планетологии: причину нестабильности орбит планет-гигантов в ранней Солнечной системе.
Соцсети
Результаты работы опубликованы в виде препринта на сервере arXiv.
Согласно современным представлениям, газовые гиганты изначально сформировались гораздо ближе к Солнцу и друг к другу, после чего их орбиты претерпели резкие изменения, в результате чего они заняли нынешние позиции. Этот древний хаос объясняет множество современных астрономических загадок, включая необычные орбиты троянских астероидов Юпитера и структуру отдаленного пояса Койпера. На основе данных, полученных из анализа метеоритов, считается, что эта масштабная перестройка произошла в течение первых 5-20 миллионов лет существования Солнечной системы. Однако конкретная причина этого события до сих пор оставалась неизвестной.
Группа астрофизиков, представляющих Лабораторию астрофизики Бордо (Франция) и Институт планетологии (США), проверила новую гипотезу, проведя 3000 компьютерных моделирований. Основной целью было выяснить, могло ли гравитационное взаимодействие с пролетающим мимо объектом вызвать такие значительные изменения в орбитах планет-гигантов. Важно отметить, что молодое Солнце, как и многие другие звезды, сформировалось в плотном звездном скоплении, где тесные сближения между звездами и другими объектами были вполне вероятным явлением.
В начале моделирования планеты-гиганты находились в устойчивой конфигурации, которая, по расчетам, могла сохраняться на протяжении более чем 100 миллионов лет. Затем ученые имитировали пролет одиночного объекта через систему на различных расстояниях и с разными скоростями.
Результаты показали, что для успешного сценария, приводящего к конфигурации планет, схожей с наблюдаемой в Солнечной системе, необходимы определенные условия.
Во-первых, объект не должен быть слишком массивным – его масса должна находиться в пределах от 3 до 30 масс Юпитера. Это относит его к классу коричневых карликов или свободно перемещающихся планет-изгоев. Во-вторых, он должен пройти достаточно близко к Солнцу – на расстоянии примерно 20 астрономических единиц (для сравнения, Уран находится на расстоянии 19 а.е. от Солнца). И, наконец, гравитационное воздействие должно быть умеренным: слишком сильное взаимодействие может полностью разрушить систему, а слишком слабое – не оставить заметного следа.
Лишь около 1% всех симуляций (20 из 3000) смогли воспроизвести современные орбиты планет-гигантов и при этом сохранить холодный классический пояс Койпера – область за Нептуном, состоящую из ледяных тел, чьи невозмущенные орбиты служат индикатором силы древних гравитационных возмущений.
Вероятность такого события в значительной степени зависит от того, сколько свободно плавающих планет и коричневых карликов находилось в молодом звездном скоплении, – отмечают авторы исследования. – Современные наблюдения указывают на то, что их могло быть больше, чем считалось ранее.
Если количество таких свободно перемещающихся объектов было занижено всего в четыре раза, вероятность успешного пролета, приводящего к наблюдаемой конфигурации планет, возрастает с 1% до 5%, что делает этот сценарий более реалистичным.
