В мире астрономии давно не стихает интерес к загадочным ледяным объектам внешних областей Солнечной системы, которые по своей причудливой форме напоминают снеговиков. Ученые были озадачены: как и почему примерно один из десяти планетезималей в поясе Койпера — это именно контактные двойные системы, где два сферических тела словно слились в единое целое? Новейшие исследования, проведенные на базе Мичиганского государственного университета, пролили свет на простой, но эффективный механизм их возникновения, а миссия НАСА «Новые горизонты» предоставила беспрецедентные наблюдения этих далёких объектов.
Пояс Койпера: ледяная кузница Солнечной системы
За орбитой Нептуна располагается пояс Койпера — обширная область, полная реликтовых, древних тел, сохранившихся с начала времен нашей планетной системы. Именно здесь астрономы обнаружили обилие фигур, напоминающих снеговиков, — это контактные двойные планетезимали. Они состоят из двух плотно соединённых между собой сферических тел, что придаёт им характерный двухдольчатый вид. Крупнейшие представители этого класса стали своеобразными «квинтэссенциями» процесса формирования планет и их спутников.
Загадки формирования: новые компьютерные модели
Многие теории предполагали, что подобные объекты могли появиться в результате сложных и редко встречающихся событий. Но современные вычислительные симуляции, созданные на высокопроизводительных вычислительных кластерах, опровергли представления о том, что двойные структуры могут возникать только при столкновениях или экзотических условиях. Благодаря новому подходу к моделированию — когда тела сохраняют прочность и не превращаются в аморфные сгустки, — удалось показать, что образование «снеговиков» является естественным и довольно частым исходом гравитационного сжатия облаков вещества.
В отличие от старых моделей, где сталкивающиеся объекты почти всегда сливались в однородные шары, новые методы позволили учёным проследить, как два протопланетных фрагмента остаются самостоятельными до самого соединения. Такой ход событий объясняет, почему почти десятая часть планетезималей обладает уникальной двухлопастной формой.
Гравитационный коллапс — основа происхождения космических снеговиков
По мере того, как из облака пыли и обломков в протопланетном диске формировались крупные тела, довольно часто происходил гравитационный коллапс, приводивший к тому, что материал собирался не в один, а сразу в два связанных объекта. Иногда эти тела вращались друг вокруг друга, постепенно сближаясь по спирали. В итоге орбиты сходились, и объекты мягко соприкасались, формируя ту самую структуру, визуально напоминающую снеговика.
В пользу такой теории говорит и тот факт, что в поясе Койпера среда сравнительно разрежена — здесь крайне мала вероятность столкновений с крупными телами, которые могли бы разрушить уже сложившиеся двойные структуры. Эксперты отмечают, что значительная часть этих объектов почти не имеет следов ударов метеоритов, что говорит о стабильности и долговечности их необычный формы на протяжении миллиардов лет.
Наблюдения миссии «Новые горизонты» и новый взгляд на историю Солнечной системы
В 2019 году автоматическая межпланетная станция НАСА «Новые горизонты» впервые передала на Землю детальные снимки контактных двойных объектов из пояса Койпера. Эти бесценные изображения вдохновили научное сообщество на новые теоретические прорывы и позволили убедиться, что такие формы действительно распространены в этой далёкой области. Более того, по результатам детального анализа стало ясно: контактные двойные системы составляют около 10% всех известных планетезималей пояса Койпера. Их устойчивость и геологическая нетронутость становятся доказательствами необычайно «бережного» формирования и последующего существования.
В целом, результаты этих исследований помогли развенчать многие мифы о происхождении ледяных тел внешней Солнечной системы и показали: гравитационный коллапс, а не редкие катастрофические события, стал ключом к их формированию. Это значит, что во Вселенной, где зачастую все происходит самым простым путем, природа создает удивительные и красивые формы, вроде космических «снеговиков», из самых обычных ингредиентов.
Планетезимали: снежинки протопланетного диска
Планетезимали можно сравнить с крупными космическими снежинками, которые рука об руку вылепливались из сгущающегося облака вещества протопланетного диска. Под влиянием гравитации, в месте, где вещество начинало быстро собираться, происходил процесс образования скоплений из гальки и частиц льда и пыли. В местах сгущения иногда рождались не одиночные объекты, а пары — прародители будущих контактных двойных систем.
В этих регионах иногда облако материала могло разделиться, и два формирующихся тела начинали вращаться одно вокруг другого, пока не происходило их сближение и контакт. Благодаря тому, что внешние области пояса Койпера лишены активной «бомбардировки» крупными астероидами, подобные структуры сохраняются неизменными гигантские промежутки времени, и сегодня мы имеем возможность наблюдать следы процессов, проходивших миллиарды лет назад.
Оптимистичный взгляд в будущее исследований
Открытия последних лет, поддержанные успехами Мичиганского государственного университета и многолетними наблюдениями миссии НАСА, позволяют с оптимизмом смотреть на перспективы изучения Солнечной системы. Современные модели теперь способны предсказывать не только появление двухлопастных структур, но и заглядывать дальше — к системам с тремя и более объектами. Это открывает невероятные возможности для понимания процессов формирования планет и их спутников в далеких уголках Вселенной.
Яркие «снеговики» в глубинах пояса Койпера стали символом того, как простые гравитационные процессы могут рождать красоту в космосе. С развитием технологий, симуляций и новых миссий у ученых появляется шанс раскрыть еще больше тайн древней истории нашей планетной системы и разгадать загадки других звездных систем.
Источник: scientificrussia.ru
