Влияние гравитации Млечного Пути на отдалённые районы Солнечной системы оказывается более нестабильным, чем это отражено в упрощённых расчётах. Согласно недавнему исследованию, по мере перемещения Солнца по Галактике сила галактических приливов может претерпевать значительные колебания, оказывая воздействие на траектории тел, находящихся в облаке Оорта, и определяя число долгопериодических комет, приближающихся к внутренней части Солнечной системы.

Облако Оорта представляет собой обширный удалённый запас ледяных объектов, расположенных на границе Солнечной системы, и служит главным источником долгопериодических комет с периодами обращения, превышающими 200 лет. На таких огромных расстояниях гравитационное притяжение Солнца ослабевает, поэтому на движение этих объектов существенно влияет гравитационное поле всей Галактики. Неравномерности галактического поля создают приливы, которые постепенно изменяют орбиты комет и могут направлять некоторые из них к Солнцу.

Александр Бугаков, сотрудник Парижской обсерватории, совместно с коллегами провел пересмотр расчётов галактических приливов, опираясь на современные представления о структуре Млечного Пути. Традиционные модели, часто используемые для изучения облака Оорта, обычно исходят из предположения, что Солнце движется по круговой орбите в плоскости Галактики, имеющей идеально осесимметричную структуру. В рамках такого упрощения влияние Млечного Пути на Солнечную систему остаётся практически неизменным во времени. Однако данные, полученные космической обсерваторией Gaia, демонстрируют, что реальная структура Млечного Пути гораздо сложнее: в его диске присутствуют галактический бар, спиральные рукава и другие крупномасштабные неоднородности.

Исследователи применили неосесимметричную модель гравитационного потенциала Млечного Пути, основанную на данных Gaia DR3, и расширили её до трех измерений, включив в рассмотрение галактический бар и два спиральных компонента. После этого учёные рассчитали возможные траектории движения Солнца по Галактике и проанализировали изменения приливных сил, воздействующих на Солнечную систему. Для получения статистической картины движение Солнца было смоделировано назад во времени на протяжении последнего миллиона лет.

Вместо привычной тройки параметров, которые обычно применяют для характеристики галактических приливов, исследователи выделили шесть новых — обозначенных как G₁–G₆. Наиболее существенным для облака Оорта представляется компонент G₃, который в первую очередь связан с воздействием, направленным перпендикулярно плоскости Млечного Пути. Проведенные расчёты продемонстрировали, что даже незначительные радиальные и вертикальные смещения Солнца могут приводить к тому, что величина G₃ вдоль его траектории изменяется примерно на один порядок – то есть в десять раз между минимальными и максимальными значениями.

Остальные компоненты приливного воздействия также нельзя считать несущественными. В определённые моменты времени G₁ может достигать приблизительно половины величины G₃, а G₂ — около четверти. Три дополнительных компонента (G₄–G₆) способны достигать примерно одной десятой от значения G₃. Особо заметные изменения в G₁ модель связывает с влиянием спиральных рукавов Млечного Пути.

Это имеет важное значение для облака Оорта. Предыдущие работы показали, что количество наблюдаемых долгопериодических комет тесно связано с вертикальной составляющей галактического прилива. Следовательно, изменения в G₃ по мере движения Солнца по Млечному Пути должны вызывать колебания интенсивности поступления комет из облака Оорта во внутреннюю часть Солнечной системы. Однако новая работа не предполагает, что современный поток комет в десять раз превышает предыдущие оценки: речь идёт о значительном изменении силы галактического прилива, воздействующего на их орбиты, на протяжении всей истории Солнечной системы.

Полученные данные также могут пересмотреть представления об удалённых транснептуновых объектах. Компонент G₃ оказывает влияние на размеры так называемой ископаемой области седноидов – тел с сильно вытянутыми орбитами, подобных Седне. Другие компоненты прилива нарушают простую динамику, которая возникает в традиционной модели, и, как следствие, способны оказывать воздействие на долгосрочную структуру облака Оорта.

Проведённые исследования демонстрируют, что изучение Солнечной системы должно учитывать её перемещение в Млечном Пути. На протяжении миллиардов лет Солнце проходит через области с неоднородной концентрацией вещества и различной структурой гравитационного поля галактики. Это приводит к изменениям во внешних условиях, оказывающих влияние на эволюцию наиболее удалённых объектов Солнечной системы. Исследователи представили рассчитанную временную динамику всех шести параметров приливного воздействия, что позволит использовать эти данные в дальнейших моделях облака Оорта и транснептуновых тел.

Предложенная методика может быть применена к другим планетным системам. Для звёзд, орбиты которых существенно отклоняются от плоскости Млечного Пути, дополнительные компоненты G₄–G₆ могут оказывать более существенное воздействие по сравнению с ситуацией в Солнечной системе. Это указывает на то, что галактическое окружение способно влиять не только на облако Оорта, но и на отдалённые резервуары комет, вращающиеся вокруг других звёзд.

Исследование опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysics.