Зовнішня область Сонячної системи населена дивним класом крижаних об’єктів, що отримали прізвисько “космічні сніговики” – планеті зималі, що складаються з двох сполучених сфер. Нове дослідження Мічиганського державного університету пропонує правдоподібне пояснення їх формування, припускаючи, що вони виникають не в результаті жорстоких зіткнень, а в результаті м’яких злиттів в хмарах космічного пилу, що кружляють.
Таємниця контактних подвійних тіл
За межами Нептуна, у крижаному просторі пояса Койпера, лежать залишки ранніх днів Сонячної системи: планети зималі. Ці крижані будівельні блоки, ймовірно, утворилися всередині дисків, що обертаються, пилу і каміння, що обертаються навколо молодого Сонця. У 2019 році місія New Horizons NASA надала перші близькі знімки цих структур, схожих на сніговиків, відомих як подвійні контактні тіла. Оцінки свідчать, що з 10% до 25% планетезималей у цьому регіоні може мати таку подвійну сферичну конфігурацію, але точний механізм освіти залишався загадкою.
Попередні теорії виявилися неспроможними
Раніше спроби змоделювати утворення контактних подвійних тіл фокусувалися на прямих зіткненнях між планетезімалями. Однак ці симуляції послідовно давали ідеально сферичні результати, не пояснюючи форми сніговиків, що спостерігаються. Проблема полягала у спрощенні планетезималей до окремих великих тіл, а не до агрегатів з дрібніших частинок.
Новий підхід: моделювання хмар частинок
Дослідники під керівництвом Джексона Барнса застосували складніший обчислювальний підхід. Замість моделювання зіткнень вони змоделювали планету зимали як хмари окремих каменів, що лежать на поверхні один одного. Цей метод дозволив їм спостерігати, як ці хмари поводяться, обертаючись та зливаючись.
Симуляції показали, що за певних умов хмари, що обертаються, розділялися на два окремих планетезималя, перш ніж злитися. Ці подвійні планетезимали потім спірально рухалися всередину під впливом взаємного гравітаційного тяжіння, м’яко зливаючись, утворюючи контактне подвійне тіло. Ця модель не тільки створює сферичні форми, а й плоскі, сигароподібні і, що критично важливо, форми сніговиків, залежно від швидкості частинок і міцності сил, що їх утримують разом.
Довгострокова стабільність та майбутні дослідження
Після утворення ці слабко пов’язані пари можуть залишатися стабільними протягом мільярдів років, оскільки величезні відстані в зовнішній Сонячній системі мінімізують ризик руйнівних зіткнень. Поточні симуляції показують, що контактні подвійні тіла становлять приблизно 4% планетезималей, що трохи нижче за оцінку. Команда Барнса вважає, що підвищення складності їх симуляцій шляхом додавання більшої кількості частинок та діапазонів розмірів може підвищити точність.
“Ми в даний час вивчаємо це більш докладно, зокрема, щодо створення потрійних систем та їх зв’язку з поточною популяцією реліктних трійок, що спостерігається, в поясі Койпера”.
Дослідження також вказує на можливість існування ще більш складних структур, таких як потрійні системи планетезималей, які можуть пояснити деякі зі спостережуваних угруповань у поясі Койпера. Ця модель дає чіткішу картину того, як ці незвичайні об’єкти формуються і зберігаються в далеких межах нашої Сонячної системи.
