Внешняя область Солнечной системы населена странным классом ледяных объектов, получивших прозвище «космические снеговики» – планетезимали, состоящие из двух соединенных сфер. Новое исследование Мичиганского государственного университета предлагает правдоподобное объяснение их формирования, предполагая, что они возникают не в результате жестоких столкновений, а в результате мягких слияний в кружащихся облаках космической пыли.
Тайна контактных двойных тел
За пределами Нептуна, в ледяном пространстве пояса Койпера, лежат остатки ранних дней Солнечной системы: планетезимали. Эти ледяные строительные блоки, вероятно, образовались внутри вращающихся дисков пыли и камней, вращающихся вокруг молодого Солнца. В 2019 году миссия New Horizons NASA предоставила первые близкие снимки этих структур, похожих на снеговиков, известных как контактные двойные тела. Оценки показывают, что от 10% до 25% планетезималей в этом регионе могут иметь такую двойную сферическую конфигурацию, но точный механизм их образования оставался загадкой.
Предыдущие теории оказались несостоятельны
Более ранние попытки смоделировать образование контактных двойных тел фокусировались на прямых столкновениях между планетезималями. Однако эти симуляции последовательно давали идеально сферические результаты, не объясняя наблюдаемые формы снеговиков. Проблема заключалась в упрощении планетезималей до отдельных крупных тел, а не до агрегатов из более мелких частиц.
Новый подход: моделирование облаков частиц
Исследователи под руководством Джексона Барнса применили более сложный вычислительный подход. Вместо моделирования столкновений они смоделировали планетезимали как облака отдельных камней, лежащих на поверхности друг друга. Этот метод позволил им наблюдать, как эти облака ведут себя, вращаясь и сливаясь.
Симуляции показали, что при определенных условиях вращающиеся облака разделялись на два отдельных планетезималя, прежде чем слиться. Эти двойные планетезимали затем спирально двигались внутрь под действием взаимного гравитационного притяжения, мягко сливаясь, образуя контактное двойное тело. Эта модель не только создает сферические формы, но также плоские, сигарообразные и, что критически важно, формы снеговиков, в зависимости от скорости частиц и прочности сил, удерживающих их вместе.
Долгосрочная стабильность и будущие исследования
После образования эти слабо связанные пары могут оставаться стабильными в течение миллиардов лет, поскольку огромные расстояния во внешней Солнечной системе сводят к минимуму риск разрушительных столкновений. Текущие симуляции показывают, что контактные двойные тела составляют примерно 4% планетезималей, что немного ниже оценки. Команда Барнса считает, что повышение сложности их симуляций путем добавления большего количества частиц и диапазонов размеров может повысить точность.
«Мы в настоящее время изучаем это более подробно, в частности, в отношении создания тройных систем и их связи с текущей наблюдаемой популяцией реликтных троек в поясе Койпера».
Исследование также указывает на возможность существования еще более сложных структур, таких как тройные системы планетезималей, которые могут объяснить некоторые из наблюдаемых группировок в поясе Койпера. Эта модель дает более четкую картину того, как эти необычные объекты формируются и сохраняются в дальних пределах нашей Солнечной системы.
