Объект размером с планету, который, возможно, когда-то посетил Солнечную систему, мог навсегда изменить наше космическое окружение, деформировав орбиты четырех внешних планет, предполагает новое исследование. Результаты могут пролить свет на то, почему траектории этих планет имеют определенные странные особенности. Новое исследование было опубликовано в базе данных препринтов arXiv и еще не прошло рецензирование, было в декабре.
Десятилетиями астрономы спорили о том, как образовались планеты Солнечной системы. Однако большинство гипотез сходятся во мнении о типе орбиты, которую должны иметь планеты: круги, которые расположены концентрически вокруг Солнца и лежат в одной плоскости. Однако ни одна из восьми планет, включая Землю, не имеет идеально круговых орбит. Кроме того, пути планет не лежат точно в одной плоскости.
По сравнению с Меркурием (чья орбита в нашей планетарной семье имеет наиболее яйцевидную форму и наклон), траектории четырех внешних гигантских планет — Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна — демонстрируют незначительные отклонения от идеальных орбит. Однако объяснить эти мелкие несоответствия оказалось непросто, говорит соавтор нового исследования Рену Малхотра из Университета Аризоны в Тусоне и.
«Загадка для теоретической астрофизики долгое время состояла в том, чтобы выяснить, как орбиты позже стали некруглыми и наклонились от своей средней плоскости не слишком сильно и не слишком слабо», — объясняет Малхотра. Хотя предыдущие исследования были сосредоточены на том, как взаимодействия между этими планетами изменили их орбиты, Малхотра говорит, что «эти гипотезы не согласуются с некоторыми важными деталями наблюдаемых орбит».
Чтобы решить эту загадку, Малхотра с коллегами рассмотрели менее изученный сценарий: около 4 миллиардов лет назад некий посторонний объект размером со звезду изменил траектории этих планет.
Используя компьютерные модели четырех внешних планет, команда провела 50 000 симуляций таких пролетов, каждый из которых длился более 20 миллионов лет, при этом изменяя определенные параметры каждого посетителя, включая его массу, скорость и то, насколько близко он приближался к Солнцу. Исследователи также расширили свой поиск по сравнению с предыдущими исследованиями, рассмотрев объекты, намного меньшие звезд — такие же крошечные, как Юпитер. Они также рассмотрели ситуации со сверхблизкими проходами, сосредоточившись на сценариях, когда нарушитель оказывался в пределах 20 астрономических единиц (а.е.) от Солнца. (Одна а.е. составляет приблизительно 150 миллионов километров, что примерно равно среднему расстоянию от Земли до Солнца.)
Хотя большинство симуляций создавали условия, очень непохожие на нынешнюю солнечную систему, исследователи обнаружили, что примерно в 1% симуляций прохождение гостя изменило орбиты гигантских планет примерно до их нынешнего состояния. Нарушители в этих близких совпадениях нырнули прямо в солнечную систему, пролетев далеко за орбиту Урана, а некоторые даже задели траекторию Меркурия. И они были относительно крошечными, от двух до 50 масс Юпитера.
«Этот диапазон включает массы от планетарных до масс коричневых карликов», — говорит Малхотра. (Коричневые карлики, часто называемые «неудавшимися звездами», — это странные небесные тела, которые тяжелее планет, но не такие массивные, как звезды.)
Поскольку во многих близких симуляциях планетоподобный объект пролетал через внутреннюю часть Солнечной системы, исследователи создали еще 10 000 симуляций, включающих также и планеты земной группы. В этих случаях пролеты, которые ранее изменили орбиты гигантских планет до их нынешних состояний, воссоздали текущий вид Солнечной системы.
Моделирование, которое дало наиболее реалистичные результаты, включало объект, в восемь раз превышающий по массе Юпитер, который приближался к Солнцу на расстояние 1,69 а. е. Это лишь немного дальше, чем текущая орбита Марса в 1,5 а. е. от Солнца.
Моделирование показывает, что одного пролета субзвездного объекта было достаточно, чтобы изменить траектории гигантских планет. Поскольку наблюдения показывают, что субзвездные тела довольно многочисленны в космосе, визиты таких объектов могут быть более обычным явлением, чем пролеты звезд.
