Гигантские планеты не всегда находились там, где мы их наблюдаем сегодня. Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун сформировались в более компактной конфигурации и позже пережили бурную перестановку, которая разбросала их по нынешним орбитам. Что именно вызвало этот хаос, до конца неясно, но исследователи из Лаборатории астрофизики в Бордо и Института планетологии предлагают версию о близком столкновении с блуждающим субзвёздным объектом в юности Солнца.
Нестабильность гигантских планет
Астрономы называют это явление нестабильностью гигантских планет. Оно объясняет многочисленные особенности Солнечной системы. Оно учитывает наличие коорбитальных астероидов Юпитера, неправильных спутников, вращающихся вокруг гигантских планет, и орбитальную структуру как пояса Койпера, так и пояса астероидов. Это событие, вероятно, произошло в первые 5–20 миллионов лет после формирования Солнечной системы, судя по данным о метеоритах.
Компьютерные симуляции
Шон Раймонд и Нейтан Каиб провели 3000 компьютерных симуляций, проверяя, могут ли пролёты звёзд дестабилизировать молодую планетную систему. Солнце сформировалось в скоплении от сотен до тысяч звёзд, что делало близкие столкновения неизбежными. Команда начала каждую симуляцию с гигантскими планетами в резонансной цепочке, которая оставалась бы стабильной более 100 миллионов лет, если бы её не потревожили, а затем подвергла систему одиночному пролёту.
Результаты симуляций
Симуляции исследовали объекты пролётов массой от одной массы Юпитера до 10 масс Солнца, проходящие на расстояниях от 1 до 1000 астрономических единиц со скоростями до 5 километров в секунду. Очень сильные пролёты лишали планеты или сильно искажали их орбиты. Очень слабые пролёты не оказывали никакого влияния. Но промежуточный диапазон привёл к появлению систем, соответствующих современной Солнечной системе.
Общие характеристики успешных сценариев
Объект пролёта должен был иметь относительно низкую массу, от 3 до 30 масс Юпитера, что помещало его в категорию коричневого карлика или свободно плавающей планеты. Он должен был пройти примерно в 20 астрономических единицах от Солнца, непосредственно возмущая планетную систему, а не только внешний диск. Только 20 симуляций, менее 1% выборки, соответствовали орбитам гигантских планет и сохранили холодный классический пояс Койпера — популяцию малых тел, чьи первозданные орбиты ограничивают степень насилия, которое могло иметь место во время древней встречи.
Расчёт вероятности
Расчёт вероятности критически зависит от количества свободно плавающих планет и коричневых карликов низкой массы. Недавние наблюдения за молодыми звёздными скоплениями показывают, что этих объектов больше, чем предсказывают стандартные модели. Если их количество даже скромно недооценивается в четыре раза, вероятность нестабильности, вызванной пролётом, возрастает с примерно 1% до 5%.
Исследование
Исследование, опубликованное на сервере препринтов arXiv, предлагает четвёртый возможный триггер нестабильности гигантских планет, присоединяясь к сценариям, включающим рассеяние газового диска, спонтанную дестабилизацию и гравитационные взаимодействия с внешним диском планетезималей. Различить эти механизмы остаётся сложной задачей, особенно поскольку нестабильность, вызванная пролётом, всё ещё может быть отложена на десятки миллионов лет после самого столкновения.
Предоставлено Universe Today.