Согласно исследованиям, протопланетный диск, рассеивающийся изнутри, способен объяснить изменение орбит планет-гигантов в ранней Солнечной системе. Предложенная модель демонстрирует большую точность, если исходить из того, что изначально в системе было четыре гиганта (и все они до сих пор там находятся), а не пять, как полагают некоторые исследователи. В таком случае, гипотетическая Девятая планета не могла быть планетой-гигантом, покинувшей систему.
Наиболее распространенная гипотеза предполагает, что газовые гиганты нашей планетной системы изначально образовались ближе к Солнцу, а затем переместились на свои текущие орбиты. В новом исследовании, опубликованном в Nature, международная команда астрономов полагает, что этот процесс мог начаться значительно раньше.
Звезды возникают в плотных облаках, состоящих из газа и пыли. Вокруг новорожденной звезды формируется обширный вращающийся диск из оставшейся материи, из которого впоследствии формируются планеты. Состав и эволюция планет зависят от распределения пыли и газа в этом протопланетном диске.
Предположение о формировании планет-гигантов вблизи Солнца появилось в конце прошлого века. Решение вопроса о том, каким образом это могло произойти, было найдено в 2005 году. В то время в журнале Nature вышли три статьи с описанием сценария миграции гигантов, причиной которой были хаотичные гравитационные взаимодействия планет. Международной команде ученых удалось объяснить образование облака Оорта, троянские астероиды гигантов, позднюю тяжелую бомбардировку и другие особенности нашей системы. Гипотезу назвали моделью Ниццы — в честь французского города, в котором группа астрономов когда-то начала обсуждение этого сценария.
Модель Ниццы по-прежнему является наиболее распространенным объяснением формирования Солнечной системы, однако ученые продолжают обсуждать причины гравитационных нарушений. Изначально считалось, что миграция планет-гигантов произошла спустя сотни миллионов лет после того, как рассеялся протопланетный диск. Однако новые данные, полученные, в частности, при изучении лунного грунта, свидетельствуют о том, что этот процесс был более ранним.
«Мы хотели выяснить, оправдывает ли модель Ниццы для объяснения формирования Солнечной системы, — рассказывает Шон Реймонд (Sean Raymond) из Университета Бордо. — И придумали, что гигантские планеты могли разлететься из-за эффекта «отдачи» от протопланетного диска. Возможно, периода нестабильности и не было».
Выяснилось, что распространение диска от центра к краям могло вызвать нестабильность модели Ниццы. Это привело к тому, что команда не только не опровергла, но и подтвердила широко распространенное предположение.
В новом сценарии планеты-гиганты, как и ранее, формируются вблизи центральной области. По мере нагрева Солнце начинает выталкивать протопланетный диск на всё большие расстояния от системы. Компьютерное моделирование показало, что движение границы расширяющейся «дыры» вызывает нестабильность орбит гигантов, в результате чего они удаляются на более далёкие орбиты. В отличие от классической модели Ниццы, этот процесс, согласно исследованию, должен был произойти в первые 10 миллионов лет эволюции системы.
Предложенный сценарий также позволяет объяснить смешение вещества внутренних и внешних областей диска. Геохимические данные о Земле указывают на то, что подобное взаимодействие должно было произойти на этапе формирования планеты.
Вопрос о числе планет в формирующейся Солнечной системе остается без ответа. Оригинальная модель Ниццы наиболее эффективна при наличии пяти гигантских планет: в эпоху нестабильности один из гигантов покидает центральную область, и это движение способствует тому, чтобы оставшиеся четыре (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун) заняли свои орбиты, а сам вылетающий гигант либо покидает систему, либо остается в роли гипотетической (не обнаруженной) Девятой планеты. В 2015 году исследователи из Калтеха предоставили косвенные свидетельства, указывающие на возможное существование массивного тела в отдаленных областях системы. Непосредственное наблюдение этого тела пока не представлялось возможным, однако появлялись новые исследования, которые как подтверждали, так и ставили под сомнение гипотезу о Девятой планете.
Существование этой планеты остается предметом дискуссий, поэтому авторы новой работы не делают на этом акцент. Однако они провели расчеты, рассматривая как четырех, так и пять гигантов в молодой планетной системе. Независимо от первоначального числа планет, новая модель приводит к системе с четырьмя гигантскими планетами. «При старте с четырех планет финальные орбиты лучше соответствуют наблюдаемым», — отмечает соавтор исследования Сет Джейкобсон (Seth Jacobson) из Мичиганского университета. Получается, с новым сценарием падает вероятность того, что Девятая планета — это улетевший пятый гигант.
К счастью, вопрос о существовании Девятой планеты скоро будет разрешен. В конце 2023 года заработает мощная обсерватория, названная в честь Веры Рубин. Если Девятая планета существует, то новый телескоп позволит ее обнаружить.