Похоже, некоторые объекты пояса Койпера не знают о модели Ниццы

Текущее представление о том, как планеты Солнечной системы оказались на своих местах, называются моделью Ниццы — и долгое время считалось, что тела системы расположены именно там, где она предсказывает. Как выяснилось, это нам только казалось, и некоторые тела пояса Койпера, что за Нептуном, образовались, вообще говоря, бог весть как.

После ряда переломных работ 2005 года принято считать, что Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун вначале вращались на круговых орбитах, отстоящих от Солнца на 5,5–17,0 а. е., то есть были расположены намного ближе и друг к другу, и к Солнцу. За орбитой крайней из планет находился большой диск из каменных и ледяных планетезималей (до 35 а. е., дальше нынешней орбиты Нептуна). На внутреннем крае этого диска планетезимали гравитационно взаимодействовали с самым удалённым гигантом, который менял их орбиты.

Объекты пояса Койпера и орбиты девяти (как считалось в момент создания изображения) планет нашей системы (иллюстрация Don Dixon).

Планета захватывала маленькие ледяные тела, увлекая их ближе к Солнцу, при этом обмениваясь моментами импульса с планетезималями. Для компенсации переданного момента гигант слегка сдвигался от Солнца, начиная ещё чаще подбирать планетезимали и отправлять их к светилу, и так далее... Таким образом, орбиты Урана, Нептуна и Сатурна последовательно перемещались вовне, пока планетезимали не оказались вблизи Юпитера. Через несколько сотен миллионов лет Юпитер и Сатурн, два внутренних гиганта, вошли в орбитальный резонанс 1:2 (или 2:3), что резко увеличило эксцентриситет их орбит, дестабилизируя всю систему. Под действием Юпитера Сатурн перемещается к его нынешнему положению, попутно выталкивая от Солнца Нептун и Уран.

В общем, это объясняет, почему часть потомков тех планетезималей находится теперь за нынешней орбитой Нептуна и стала поясом Койпера, а другая часть осталась внутри и образовала популяции астероидов-троянцев, делящих орбиты с внутренними планетами. В теории некоторые объекты пояса должны, по сути, быть «братьями» троянцев и иметь похожие основные характеристики.

Новое исследование группы авторов во главе с Уэсли Фрэзером (Wesley Fraser) и Константином Батыгиным из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (США) показывает, тем не менее, что эта теория хорошо стыковалась лишь с видимыми светимостями наблюдаемых объектов пояса Койпера, то есть с тем, как ярко они выглядят для земного наблюдателя. Само собой, поскольку объекты пояса разбросаны на совершенно разном удалении от нас, вблизи иные из них могут быть ярче, а другие — тусклее. Посчитав такие абсолютные светимости, связанные в первую очередь с фундаментальными параметрами небесных тел вроде их размеров и альбедо, авторы приходят к выводу, что в действительности в поясе есть две разные популяции тел, часть которых согласуется с моделью Ниццы, в то время как другая упорно ей противоречит.

Итак, в поясе Койпера налицо две популяции: тела, вращающиеся по почти круговым орбитам в плоскости, которая совпадает с плоскостью вращения восьми планет системы, и популяция, по орбитам скорее близкая к кометам (они сильно вытянутые и весьма наклонены под отношению к плоскости эклиптики). При этом вторая популяция имеет распределение размеров (связанных с абсолютной светимостью), как у астероидов-троянцев, то есть доли малых, средних и крупных тел по группам почти идентичны «троянцам» и таким же телам пояса Койпера.

Однако другая часть пояса вовсе не хочет строиться по командам из Ниццы. Там доля крупных объектов в популяции значительно меньше, чем у троянцев, и это значит, что данная группа имеет другое происхождение. Авторы вообще полагают, что появление этих тел трудно согласовать с предполагаемыми механизмами образовании плантезималей, известными сегодня.

Разница в размерах указывает на то, что объекты с «правильными орбитами», в отличие от тех побратимов троянцев, что вращаются по неправильным орбитам, являются местной, аборигенной группировкой, изначально возникшей там, где мы их сегодня видим. В теории у модели Ниццы есть варианты, когда часть изначального занептунового диска планетезималей спокойно пережила неурядицы миграций планет-гигантов и создала аборигенную популяцию тел. Но в таких сценариях масса этим поясом почти не теряется (слабо воздействие миграции) — а значит, она близка к нынешней общей массе пояса Койпера.

Современное распределение объектов пояса Койпера (показаны зелёным) и больших планет Солнечной системы (иллюстрация Minor Planet Center; Murray and Dermott).

А вот этого, если мы правильно понимаем образование крупных тел из плантезималей, просто не может быть, поскольку в поясе Койпера сегодня буквально 0,0003 земной массы! И как-то трудно себе представить, что в столь скудном окружении могли сформироваться сегодняшние объекты пояса Койпера, иные из которых имеют сотни километров в диаметре и чуть ли не спорадическую атмосферу.

Куда же делась масса, из которой образовалось всё видимое нами богатство тамошних астероидов и которой сейчас в тех местах не видно? Кто её «похитил»? Собственно говоря, авторы фактора-злоумышленника не находят (хотя их поиск ограничился лишь консервативными предположениями), из-за чего замечают, что текущая модель роста планетезималей посредством столкновений просто не может объяснить возникновения этой аборигенной части населения пояса Койпера в столь бедном материей месте. Поэтому, заключают они, «нужен какой-то другой механизм [их формирования]». Решить эту «скромную» теоретическую задачу, прямо скажем, будет не так уж просто.

Отчёт об исследовании вскоре будет опубликован в Astrophysical Journal, а его препринтом можно полистать здесь.

Подготовлено по материалам Universe Today.