Астрономы выявили новую, необъясненную «структуру» в поясе Койпера, который простирается на окраинах Солнечной системы. Эта недавняя находка, названная «внутреннее ядро», находится внутри существующего скопления ледяных тел и, возможно, содержит новые сведения о процессе формирования и эволюции внешней области Солнечной системы на протяжении миллиардов лет.
Пояс Койпера – это протяженное кольцо, состоящее из ледяных тел и расположенное за орбитой Нептуна, в него входят Плутон и большое количество других, менее крупных объектов. Известно, что этот пояс неоднороден и содержит в себе едва заметные концентрации и разрывы в распределении тел. Одно из таких скоплений, называемое «ядром», представляет собой плотную группу небольших объектов, движущихся по орбитам, близким к круговым, на расстоянии приблизительно 44 астрономических единиц от Солнца. Новое исследование, проведенное группой астрономов из Принстона, предоставляет данные о наличии второго, аналогичного скопления, расположенного немного ближе к Солнцу, на расстоянии около 43 астрономических единиц, которое ученые назвали «внутренним ядром».
Объекты, входящие в состав этого внутреннего ядра, вращаются по орбитам, близким к круговым, с небольшим углом наклона по отношению к плоскости Солнечной системы. Данные параметры позволяют классифицировать эти тела как «холодному классическому» поясу Койпера – совокупности объектов, которые, по мнению ученых, практически не изменились с момента формирования Солнечной системы. В каталоге, включающем 1650 отслеживаемых объектов пояса Койпера, внутреннее ядро демонстрирует выраженную концентрацию орбит. По оценкам исследователей, эти объекты могут составлять от 7 до 10 процентов от общего числа классических объектов пояса Койпера и от 14 до 21 процента наиболее «холодных» и наименее возмущенных из них.
Сейчас перед исследователями стоит принципиальный вопрос: представляют ли ранее известные «ядро» и недавно открытое «внутреннее ядро» собой единую структуру в космической тьме, или же это обособленные объекты? Их орбиты отличаются высокой стабильностью, что указывает на то, что они не были захвачены гравитацией Нептуна и перемещены внутрь системы, а скорее остались в тех местах, где образовались, либо были аккуратно перенесены на свои нынешние позиции. Если сравнивать внутреннее ядро с внешним, расположенным на расстоянии 44 астрономических единиц, то оно выглядит «холоднее» по важному параметру: их «свободные эксцентриситеты» в среднем ниже, то есть орбиты более округлые, если не учитывать воздействие планет. Это различие может сделать внутреннее ядро более показательным примером для изучения того, насколько интенсивно перемешивался и подвергался возмущениям пояс Койпера на протяжении своего существования.
Орбитальная структура также демонстрирует специфическое взаимодействие с Нептуном. Существует определенная область между двумя скоплениями объектов пояса Койпера, где гравитационное воздействие Нептуна создает устойчивый ритм, называемый резонансом 7:4. Периодические гравитационные возмущения в таких резонансных зонах способны как разгонять объекты, так и объединять их, и отсутствие объектов между двумя ядрами, возможно, обусловлено именно этим резонансом, хотя исследователи пока не пришли к окончательным выводам.
Благодаря применению инструментов, обычно используемых в науке о данных, стало возможным совершить это открытие. Для выявления плотных скоплений точек в массиве данных, описывающих орбиты объектов, специалисты использовали алгоритм кластеризации DBSCAN. Исследователи отмечают, что пока сохраняют осторожный подход. Внутреннее ядро отчетливо выделяется на обработанных данных, однако пока не установлено, представляет ли оно собой самостоятельную структуру или является лишь внутренней частью более крупного и сложного ядра. Тем не менее, его особенно «холодные» орбиты указывают на иную историю формирования, что делает его полезным для проверки моделей миграции Нептуна и формирования современной конфигурации внешней Солнечной системы. Окончательные выводы будут сделаны на основе будущих данных, в частности, от обсерватории Веры Рубин, которая, как предполагается, обнаружит и отследит тысячи новых объектов пояса Койпера в ближайшие годы.