Около миллиарда лет назад другая звезда потенциально могла приблизиться к формирующейся Солнечной системе, оказав долгосрочное воздействие на её внешние области. К данному заключению пришли ученые, создавшие компьютерную модель гипотетического прохождения звезды через раннюю Солнечную систему. Такой сценарий может служить объяснением для аномальных орбитальных характеристик некоторых удалённых объектов за Нептуном, в частности Седны и других тел пояса Койпера.

В настоящее время окраины нашей планетной системы демонстрируют неоднородность. В то время как большинство тел пояса Койпера движутся по орбитам с умеренными параметрами, некоторые далёкие объекты обладают сильно вытянутыми и наклоненными траекториями, что затрудняет объяснение их движения исключительно гравитационным воздействием известных планет. Близкий пролёт звезды в период формирования Солнечной системы представляется одним из вероятных объяснений этого явления.

Исследователи провели проверку данной гипотезы посредством численного моделирования эволюции Солнечной системы на протяжении длительного периода времени. Наиболее точная модель предполагает, что приблизительно 4,5 миллиарда лет назад звезда, масса которой составляла около 0,8 солнечных масс, прошла на расстоянии примерно 110 астрономических единиц от молодого Солнца.

В качестве примера: в настоящее время планета Нептун располагается приблизительно на расстоянии 30 астрономических единиц от Солнца. Однако расстояние в 110 астрономических единиц почти в четыре раза превышает орбиту Нептуна, хотя и остаётся достаточно близким для того, чтобы гравитационное воздействие пролетающей мимо звезды могло оказать заметное влияние на ледяные тела, населяющие дальние рубежи Солнечной системы.

Результаты моделирования указывают на то, что подобное взаимодействие могло существенно повлиять на распределение объектов пояса Койпера. В результате воздействия внешней звезды до 80% тел холодного пояса Койпера могли быть потеряны – часть из них была выброшена в межзвёздное пространство, а другие перешли на более близкие орбиты.

Оказалось, что горячая популяция объектов пояса Койпера продемонстрировала высокую устойчивость: в процессе миллиардов лет эволюции сохранилась приблизительно 60% первоначального количества тел. В то же время, часть из них была переведена на орбиты с необычными наклонами, напоминающие траектории некоторых современных транснептуновых объектов.

Особый интерес представляет тот факт, что разработанная модель позволяет воспроизвести орбиты удалённых тел, подобных Седне. Эти объекты характеризуются чрезвычайно далёким расположением и нетипичной конфигурацией движения, которую трудно объяснить исключительно гравитационным воздействием Нептуна. Пролёт звезды мог вполне закономерно сформировать подобные особенности орбит.

Учёные также провели расчёт дальнейшей судьбы объектов, подвергшихся возмущению. После взаимодействия со звездой некоторые тела могли переместиться во внутреннюю часть Солнечной системы, однако большая их часть в конечном итоге была выброшена за её пределы. Расчёты демонстрируют, что около 99% таких объектов покинули систему, а небольшая доля сохранила стабильные орбиты.

Примечательно, что за последние 4,56 миллиарда лет гравитационные силы внутри Солнечной системы не стёрли свидетельства о произошедшем в далёком прошлом событии. Более того, длительные изменения привели к тому, что распределение небесных тел стало ещё более схожим с тем, что мы видим сейчас.

Исследователи акцентируют внимание на том, что это не является окончательным доказательством прохождения мимо звезды. Существуют альтернативные гипотезы, объясняющие особенности орбит удалённых объектов, в частности, влияние пока не открытой Девятой планеты. Тем не менее, предложенный сценарий указывает на то, что молодые звёзды, находящиеся в плотных звёздных скоплениях, могли оказать существенное воздействие на формирующиеся планетные системы.

Подобные сближения должны были быть довольно распространённым явлением в первые сотни миллионов лет жизни Солнца, когда оно, скорее всего, возникло в окружении множества других звёзд. Таким образом, формирование окраин Солнечной системы могло быть обусловлено не только внутренними факторами, но и древним взаимодействием с другой звездой.

Исследование опубликовано в виде препринта на arXiv.