Цвета транснептуновых астероидов могут указать на близкий пролёт соседней звезды
Необычное распределение цветов и орбит космических тел, расположенных за орбитой Нептуна, может указывать на близкий пролёт другой звезды на ранних стадиях формирования Солнечной системы.
Транснептуновые объекты (ТНО) — реликты ранней Солнечной системы. Они сформировались в удалённых от звезды холодных областях протопланетного диска. Но в те времена молодая Солнечная система была более динамичной и хаотичной, и миграция её гигантских планет привела в итоге к установлению определённых орбит для транснептуновых тел. В результате множество из них движутся по достаточно вытянутым эллиптическим орбитам, наклонённым по отношению к плоскости движения планет. Если рассмотреть в целом это «облако» из тысяч транснептуновых тел, то оно формирует так называемый рассеянный диск.
Самое главное — распределение цветов не случайное, но скоррелировано с орбитами тел. Поэтому цвет транснептунового объекта (астероида или малой планеты) — индикатор места в протопланетном диске, где тело сформировалось, а также его последующего взаимодействия с другими телами молодой Солнечной системы.
В новом исследовании, которое выходит в The Astrophysical Journal Letters астрофизики предполагают, что необычные орбиты и цвета транснептуновых объектов могут определяться близким пролётом соседней звезды в прошлом.
К этому выводу пришли по результатам компьютерного моделирования. Астрофизики при помощи суперкомпьютера смоделировали гипотетическую звезду с массой 0,8 солнечных масс, которая пролетела на минимальном расстоянии (периастроне) 110 астрономических единиц от Солнца с наклоном орбиты 70º. Если пролёт имел место, он должен был произойти на самом раннем этапе истории Солнечной системы, когда она входила в состав звёздного скопления. В таких скоплениях плотность звёзд в 1000 — 106 раз выше, чем сейчас в ближних окрестностях Солнца, поэтому близкие пролёты тогда были вещами обыденными. Это привело к искажениям орбит ТНО и формированию их групп, которые мы наблюдаем и теперь, за исключением популяций, которые возникли позже в результате взаимодействия с Нептуном. «Диск» транснептуновых объектов моделировали при помощи однородного облака из 10 000 и 50 000 частиц, которые изначально вращались вокруг Солнца по кеплеровским орбитам на расстояниях от 30 до 150 астрономических единиц. Примерно так, наверное, могли быть распределены ТНО, насколько можно судить по наблюдениям за протопланетными дисками других звёздных систем. На рисунках (таких, как приведённый ниже из статьи в AJL) различные частицы ещё и представлены разными цветами в зависимости от их начального удаления от Солнца. Разумеется, цвета здесь условны и представляют собой стандартный радужный градиент цветов для визуализации данных. Но в определённой степени цветовой градиент отвечает и реальной градации цветов ТНО в зависимости от удалённости орбиты. Так, более близкие ТНО, как мы знаем, в среднем красноватые (как Плутон), более удалённые — это различные оттенки серого. В сильно преувеличенном виде это наблюдение и представлено в виде цветового градиента. После пролёта звезды можно наблюдать, как перемешиваются орбиты ТНО, и астероиды разных «цветов» оказываются не на своих местах. Симуляцию провели на один миллиард лет вперёд после встречи со звездой. Моделирование показало, что влияние звезды стало незначительным уже через 12 000 лет после сближения, и с того времени структура орбит ТНО сильно не изменялась.
Одна из характеристик роя астероидов, которую показало моделирование — после пролёта звезды ТНО кучкуются, образуя спиральные рукава. ТНО также разделяются на динамические группы в соответствии со своими орбитами, и моделирование удовлетворительно воспроизводит их наличие. Кроме того, проявляется одно из ключевых наблюдений, которое можно проверить на практике: цвет после пролёта оказывается скоррелированным с наклонением орбиты транснептунового тела. «Красные» тестовые частицы, которые располагались ближе к Солнцу, остаются на близких орбитах и сохраняют малое наклонение, то есть в целом сохраняют свою динамику (изначально частицы-«астероиды» вращались в плоскости диска Солнечной системы). Наоборот, «синие» и «зелёные» астероиды, которые были далеко (и цвета которых в реальности — оттенки серого), теперь предпочитают большие углы наклонения орбит. Продолжение интегрирования орбит на 1 миллиард лет вперёд показало, что структура роя в целом сохраняется даже с учётом взаимодействия с несколькими планетами-гигантами.
Проверить точность моделирования можно будет в ближайшем будущем. Моделирование может предсказать то, что должен увидеть новый телескоп Веры Рубин (LSST). Предполагается, что с его введением в действие количество открытых транснептуновых объектов возрастёт десятикратно (сейчас их известно более 3000). К примеру, если предсказания верны, более удалённые ТНО (как раз те, которые скорее всего сможет наблюдать новый телескоп) будут иметь оттенок от тускло-красного до серого, с явным недостатком ярко-красных объектов. Кроме того, моделирование предсказывает ещё несколько интересных предположений, которые может подтвердить новый телескоп. Например, можно ожидать существенного различия в цвете для ТНО на обычных и ретроградных орбитах. Разумеется, такие различия будут наблюдаться только статистически, и для проверки предположения новый телескоп как раз и должен будет предоставить достаточную популяцию новооткрытых астероидов пояса Койпера.