Астрономы уже давно обсуждают причины, по которым многие ледяные тела, расположенные во внешней области Солнечной системы, имеют форму, напоминающую снеговиков. Теперь ученые из Мичиганского государственного университета обладают доказательства того, что причиной их появления может быть удивительно простой процесс.
За пределами динамичной и беспорядочной области астероидов, расположенной между Марсом и Юпитером, простирается пояс Койпера. За Нептуном находятся ледяные, нетронутые «строительные блоки» Солнечной системы, сформировавшиеся в ранний период ее развития – планетезимали. Около десяти процентов этих объектов представляют собой двойные системы, состоящие из двух соединенных между собой сфер, напоминающих снеговиков. Однако каким образом возникли эти объекты?
Джексон Барнс создал первую симуляцию, которая естественным образом воспроизводит двухлопастную форму при гравитационном коллапсе. Его работа опубликована в журнале Ежемесячные записи Королевского астрономического общества.
В предыдущих версиях вычислительных моделей объекты, взаимодействующие друг с другом, представлялись в виде текучих масс, которые объединялись в сферические структуры. Это препятствовало созданию сложных и разнообразных форм. Благодаря Институту кибернетических исследований, Благодаря моделированию с использованием ICER и его высокопроизводительного вычислительного кластера, удается воссоздавать более правдоподобную среду, где объекты сохраняют свою целостность и способны взаимодействовать.
Существуют и другие теории формирования, согласно которым особое значение имеют события или необычные явления, которые, хотя и теоретически возможны, маловероятно происходят часто. Профессор кафедры наук о Земле и окружающей среде отмечает: «Если считать, что 10% планетезималей – это контактные двойные системы, то их формирование не может быть редким процессом Сет Джейкобсон, наблюдения, которые мы делаем, в полной мере соответствуют теории гравитационного коллапса», — отметил старший автор статьи».
В январе 2019 года космический аппарат НАСА «Новые горизонты» впервые получил снимки сближения с контактными двойными системами. Полученные изображения подтолкнули исследователей к переоценке других объектов в поясе Койпера, в результате чего было установлено, что контактные двойные системы составляют примерно 10% всех планетезималей. Эти удалённые объекты преимущественно располагаются в малозаселённом поясе Койпера и не представляют опасности столкновений.
На ранних этапах своего развития Млечный Путь был диском, состоящим из пыли и газа. Следы формирования галактики сохранились в поясе Койпера, где находятся карликовые планеты, включая Плутон, кометы и планетезимали.
Планетоиды – это первые крупные тела, образовавшиеся из диска, состоящего из пыли и камней. Аналогично тому, как отдельные снежинки объединяются в снежный ком, ранние планетоиды представляли собой скопления объектов, сравнимых по размеру с галькой, которые, благодаря гравитации, формировались из облака микроскопических частиц.
В некоторых случаях вращающееся облако может сжаться, что приведет к разрушению объекта на фрагменты и образованию двух отдельных планетезималей, вращающихся вокруг друг друга. Астрономы фиксируют большое количество двойных планетезималей в поясе Койпера. Согласно моделированию Барнса, орбиты этих объектов постепенно закручиваются, пока два тела не столкнутся и не объединятся, сохраняя при этом сферическую форму.
Как эти объекты удерживаются вместе на протяжении всей истории Солнечной системы? Барнс утверждает, что вероятность их столкновения с другими телами крайне низка. Отсутствие столкновений не позволяет им разделить свои пути. Более того, на большинстве двойных звёзд даже не наблюдается кратеров.
Долгое время исследователи высказывали предположения о формировании этих объектов в процессе гравитационного сжатия, однако не имели возможности полностью подтвердить эту теорию. Модель, разработанная Барнсом, впервые включает в себя физические процессы, играющие ключевую роль в создании контактных двойных систем. «Впервые у нас появилась возможность проверить эту гипотезу, — отметил Барнс. — Именно это и представляет наибольший интерес в данной работе». Барнс выразил надежду, что его модель позволит ученым лучше разобраться в системах, состоящих из трех и более тел. В настоящее время команда также занимается разработкой симуляции, которая позволит еще точнее воспроизвести процесс сжатия.
[Фото: NASA / Jackson Barnes]