Zewnętrzny obszar Układu Słonecznego zamieszkuje dziwna klasa lodowych obiektów zwanych „kosmicznymi bałwanami” – planetozymalami składającymi się z dwóch połączonych ze sobą kul. Nowe badania przeprowadzone na Michigan State University oferują wiarygodne wyjaśnienie ich powstawania, sugerując, że nie powstają one w wyniku gwałtownych zderzeń, ale delikatnego łączenia się w wirujących obłokach kosmicznego pyłu.
Tajemnica kontaktu podwójnych ciał
Za Neptunem, w lodowatej przestrzeni Pasa Kuipera, znajdują się pozostałości początków Układu Słonecznego: planetozymale. Te lodowe elementy prawdopodobnie uformowały się wewnątrz wirujących dysków pyłu i skał krążących wokół młodego Słońca. W 2019 r. misja NASA New Horizons dostarczyła pierwsze zdjęcia z bliska struktur przypominających bałwana, zwanych układami podwójnymi kontaktowymi. Szacunki sugerują, że od 10% do 25% planetozymali w tym regionie może mieć tę podwójną konfigurację kulistą, ale dokładny mechanizm ich powstawania pozostaje tajemnicą.
Poprzednie teorie okazały się nie do utrzymania
Wcześniejsze próby modelowania powstawania układów podwójnych kontaktowych skupiały się na bezpośrednich zderzeniach planetozymali. Jednak symulacje te konsekwentnie dawały idealnie kuliste wyniki, bez wyjaśniania zaobserwowanych kształtów bałwanów. Problem polegał na uproszczeniu planetozymali do pojedynczych dużych ciał, a nie agregatów mniejszych cząstek.
Nowe podejście: modelowanie chmur cząstek
Naukowcy pod kierownictwem Jacksona Barnesa przyjęli bardziej wyrafinowane podejście obliczeniowe. Zamiast modelować zderzenia, modelowali planetozymale jako chmury pojedynczych skał leżących jedna na drugiej. Metoda ta pozwoliła im zaobserwować, jak te chmury zachowują się podczas rotacji i łączenia.
Symulacje wykazały, że w pewnych warunkach wirujące chmury przed połączeniem rozdzieliły się na dwa oddzielne planetozymale. Następnie te podwójne planetozymale poszybowały spiralnie do wewnątrz pod wpływem wzajemnego przyciągania grawitacyjnego, delikatnie łącząc się, tworząc kontaktowe ciało podwójne. Model ten tworzy nie tylko kształty kuliste, ale także kształty płaskie, cygarowe i, co najważniejsze, kształty bałwana, w zależności od prędkości cząstek i siły sił utrzymujących je razem.
Długoterminowa stabilność i przyszłe badania
Po utworzeniu te luźno powiązane pary mogą pozostać stabilne przez miliardy lat, ponieważ ogromne odległości w zewnętrznym Układzie Słonecznym minimalizują ryzyko niszczycielskich zderzeń. Aktualne symulacje wskazują, że układy podwójne kontaktowe stanowią około 4% planetozymali, czyli nieco mniej niż szacunki. Zespół Barnesa uważa, że zwiększenie złożoności symulacji poprzez dodanie większej liczby cząstek i zakresów rozmiarów mogłoby poprawić dokładność.
„Obecnie badamy to bardziej szczegółowo, szczególnie w odniesieniu do tworzenia układów potrójnych i ich związku z obecnie obserwowaną populacją reliktowych trojaczków w Pasie Kuipera”.
Badanie wskazuje również na możliwość istnienia jeszcze bardziej złożonych struktur, takich jak potrójne układy planetozymali, które mogłyby wyjaśnić niektóre z obserwowanych gromad w Pasie Kuipera. Model ten zapewnia wyraźniejszy obraz tego, jak te niezwykłe obiekty powstają i utrzymują się w zewnętrznych obszarach naszego Układu Słonecznego.
