Астрономы давно спорят о том, почему так много ледяных объектов во внешней части Солнечной системы похожи на снеговиков. Теперь у исследователей из Мичиганского государственного университета есть доказательства того, что причиной их появления может быть удивительно простой процесс.
Далеко за пределами бурного, хаотичного пояса астероидов между Марсом и Юпитером находится так называемый пояс Койпера. Там, за Нептуном, вы найдете ледяные, нетронутые «строительные блоки» Солнечной системы, образовавшиеся на заре ее существования, — планетезимали. Примерно каждый десятый из этих объектов представляет собой контактные двойные системы — планетезимали, состоящие из двух соединенных сфер, похожих на снеговика. Но как эти объекты образовались?
Джексон Барнс создал первую симуляцию, которая естественным образом воспроизводит двухлопастную форму при гравитационном коллапсе. Его работа опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
В более ранних вычислительных моделях сталкивающиеся объекты рассматривались как текучие сгустки, которые сливались в сферы, что делало невозможным формирование таких уникальных форм. Благодаря Институту кибернетических исследований, ICER, и его высокопроизводительному вычислительному кластеру, моделирование позволяет создавать более реалистичную среду, в которой объекты сохраняют прочность и могут соприкасаться друг с другом.
Согласно другим теориям формирования, существуют особые события или экзотические явления, которые хоть и возможны, но вряд ли происходят регулярно. «Если предположить, что 10% планетезималей представляют собой контактные двойные системы, то процесс их формирования не может быть редким, — говорит профессор кафедры наук о Земле и окружающей среде Сет Джейкобсон, старший автор статьи. — Гравитационный коллапс хорошо согласуется с нашими наблюдениями».
В январе 2019 года космический аппарат НАСА «Новые горизонты» впервые сделал снимки контактных двойных систем с близкого расстояния. Эти изображения побудили ученых еще раз взглянуть на другие объекты в поясе Койпера, и оказалось, что контактные двойные системы составляют около 10% всех планетезималей. Эти удаленные объекты в основном находятся в малонаселенном поясе Койпера и не подвержены риску столкновения.
На заре существования Млечного Пути галактика представляла собой диск из пыли и газа. Остатки формирования галактики можно найти в поясе Койпера, в том числе карликовые планеты, такие как Плутон, кометы и планетезимали.
Планетоиды — первые крупные планетарные объекты, сформировавшиеся из диска из пыли и камней. Подобно отдельным снежинкам, которые слипаются в снежный ком, первые планетоиды представляют собой скопления объектов размером с гальку, которые под действием гравитации слипаются из облака мельчайших частиц.
Иногда, когда облако вращается, оно сжимается само в себя, разрывая объект на части и образуя два отдельных планетезималя, которые вращаются вокруг друг друга. Астрономы наблюдают множество двойных планетезималей в поясе Койпера. В моделировании Барнса орбиты этих объектов закручиваются по спирали, пока два тела не соприкоснутся и не сольются, сохранив свою округлую форму.
Как эти объекты остаются вместе на протяжении всей истории Солнечной системы? Барнс объясняет, что вероятность их столкновения с другим объектом крайне мала. Без столкновения их ничто не разлучит. На большинстве двойных звезд даже нет кратеров.
Ученые давно предполагали, что эти объекты образуются в результате гравитационного коллапса, но не могли полностью проверить эту гипотезу. Модель Барнса — первая, в которой учтены физические процессы, необходимые для формирования контактных двойных систем. «Мы впервые можем проверить гипотезу, — сказал Барнс. — Вот что самое интересное в этой статье». Барнс надеется, что его модель поможет ученым понять системы из трех и более объектов. Команда также работает над созданием симуляции, которая еще лучше моделирует процесс коллапса.
[Фото: NASA / Jackson Barnes]
