Новое исследование, опубликованное астрономами из Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux и Planetary Science Institute, рассматривает возможность того, что сближение с массивным объектом из межзвёздного пространства могло сыграть роль в перераспределении орбит гигантских планет Солнечной системы на раннем этапе её формирования. Эта гипотеза добавляет новую перспективу к уже существующим теориям о динамике ранней Солнечной системы и происхождении её текущей архитектуры.
Исторический контекст: нестабильность гигантских планет
По классическим моделям формирования планет, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун первоначально образовались ближе друг к другу и ближе к Солнцу в более компактной конфигурации. Впоследствии они испытали период динамической нестабильности, в ходе которого их орбиты были значительно перераспределены. Эта нестабильность влияет на объяснение ряда наблюдаемых особенностей Солнечной системы, включая:
- структуру пояса астероидов,
- орбитальные свойства объектов в поясе Койпера,
- распределение соосных астероидов Юпитера,
- существование малых тел с необычными орбитами.
Существующие модели обычно связывают эту нестабильность с внутренними процессами Солнечной системы, такими как миграция планет в газовом диске или гравитационное взаимодействие с окружающим диском планетезималей.
Гипотеза межзвёздного «прохожего»
Авторы новой работы предложили внешний триггер нестабильности — близкое прохождение массивного не звёздного объекта (такого как свободно плавающая планета или коричневый карлик) в ранние этапы существования Солнечной системы. Согласно этой гипотезе:
- Солнце и формирующиеся планеты формировались в плотном звёздном скоплении, что делало сближения с другими объектами вероятными.
- Прохождение массивного тела рядом с молодой Солнечной системой могло вызвать возмущения в гравитационном поле, усилив внутреннюю нестабильность.
- Эти возмущения могли привести к перераспределению орбит внешних планет, что в итоге привело к их текущему расположению.
Статистические результаты моделирования
В рамках исследования астрономы провели 3000 компьютерных симуляций, где они моделировали сближение объекта с массой от 1 массы Юпитера до 10 солнечных масс и скоростью до 5 км/с в диапазоне расстояний от 1 до 1000 астрономических единиц от Солнца. Моделирование показало, что:
- Очень близкие и массивные сближения приводили бы к разрушению или вытеснению планет из системы.
- Слишком слабые сближения не вызывали значительных изменений.
- Лишь узкий диапазон параметров приводил к исходной конфигурации, сходной с нынешней Солнечной системой.
Объект, способный вызвать нужные изменения, должен иметь массу в диапазоне примерно 3–30 масс Юпитера — это соответствует объектам категории коричневых карликов или массивных планетообразных тел без привязки к звезде.
По условиям симуляций такой объект должен был пройти на расстоянии порядка 20 астрономических единиц от Солнца, влияя напрямую на орбиты газовых гигантов, а не только на внешний диск системы.
Вероятность такого события
Оценка вероятности возникновения события зависит от численности свободно плавающих планет и коричневых карликов в ранних звёздных скоплениях. Наблюдения молодых скоплений указывают на то, что количество таких объектов, возможно, значительно больше, чем предсказывают классические модели.
Если такие объекты встречаются чаще, чем считалось, то вероятность «триггерного» прохождения повышается с примерно 1 % до 5 %. Однако это всё ещё маловероятное, но не невозможное событие по статистике моделирования.
Альтернативные механизмы и текущие задачи
Учёные выделяют несколько основных механизмов, которые могли вызвать перераспределение орбит гигантов, включая:
- исчезновение газового диска, окружающего молодую Солнечную систему, что могло повлиять на стабильность орбит,
- самопроизвольная дестабилизация планетной конфигурации с течением времени,
- гравитационное влияние внешнего диска планетезималей, взаимодействие с многочисленными мелкими телами за орбитой Нептуна.
Формально предложенный внешний триггер дополняет эти механизмы, но не заменяет ни один из них полностью, поскольку постановка причины нестабильности остаётся предметом исследований.
Причины и следствия в структуре Солнечной системы
Модели нестабильности крупных планет стремятся объяснить:
- орбитальное расположение газовых гигантов, — почему их орбиты не идеальны и слегка наклонены,
- существование соосных астероидов Юпитера, — объектов, движущихся в резонансных отношениях с планетами,
- иррегулярные спутники на орбитах вокруг крупных планет, — захваченные тела с нестандартными орбитами,
- структуру пояса Койпера и пояс астероидов, — распределение малых тел, выходящих за рамки простого образования в диске.
Любой механизм, претендующий на объяснение развёртки Солнечной системы, должен быть совместим с этими наблюдаемыми характеристиками.
Ограничения гипотезы
Несмотря на то, что модели с внешним гравитационным воздействием демонстрируют возможные траектории, численность необходимых объектов и условия их прохождения остаются предметом оценки. Данные о распространённости свободно плавающих планет и коричневых карликов в галактике всё ещё имеют значительные неопределённости, и наблюдательные программы лишь начинают уточнять их плотность и распределение по массам.
Вывод
Предложение о том, что единичное близкое прохождение массивного небесного тела из межзвёздного пространства могло перераспределить орбиты газовых гигантов ранней Солнечной системы, является дополнительной гипотезой к уже существующим моделям нестабильности.
Эта работа подчёркивает сложности определения точной причины перераспределения орбит и необходимости дальнейших наблюдений по численности объектов межзвёздного пространства, таких как свободно плавающие планеты и коричневые карлики, чья роль в формировании архитектуры планетных систем может быть более значительной, чем считалось ранее.
Источники:
Статья создана по материалам https://www.universetoday.com/articles/did-a-rogue-planet-reshape-our-solar-system
