Bliski przelot gwiazdy miliardy lat temu prawdopodobnie wpłynął na architekturę Układu Słonecznego, prowadząc do niezwykłych orbit obiektów transneptunowych i wyjaśniając pochodzenie gwiazd Jupiter I Saturnnieregularne księżyce.
Nowe dowody sugerują, że miliardy lat temu gwiazda mogła przejść bardzo blisko naszego Układu Słonecznego. W rezultacie tysiące mniejszych ciał niebieskich w zewnętrznym Układzie Słonecznym znajduje się na zewnątrz Neptunorbity zostały odchylone w kierunku silnie nachylonych trajektorii wokół Słońca. Możliwe, że część z nich została przechwycona przez planety Jowisz i Saturn jako księżyce.
Kiedy myślimy o naszym Układzie Słonecznym, zwykle zakładamy, że kończy się on na najbardziej zewnętrznej znanej planecie, Neptunie. „Jednak wiadomo, że kilka tysięcy ciał niebieskich przemieszcza się poza orbitę Neptuna” – wyjaśnia Susanne Pfalzner, astrofizyk z Forschungszentrum Jülich.
Podejrzewa się nawet, że istnieją dziesiątki tysięcy obiektów o średnicy większej niż 100 kilometrów. „Co zaskakujące, wiele z tych tak zwanych obiektów transneptunowych porusza się po ekscentrycznych orbitach, które są nachylone w stosunku do wspólnej płaszczyzny orbit planet Układu Słonecznego”.
Naukowcy z Laboratorium Symulacji i Danych Astronomii i Astrofizyki w Forschungszentrum Jülich przeprowadzili ponad 3000 symulacji komputerowych, aby znaleźć przyczynę niezwykłych orbit obiektów transneptum. Młode słońce jest otoczone dyskiem materiału, z którego ostatecznie uformowały się planety. Wiele wskazuje na to, że bliski przelot innej gwiazdy mógł zakłócić działanie tego dysku. Symulacja pokazuje, jak tak bliski przelot miałby silny wpływ na orbity materiału zewnętrznego dysku. Wiele obiektów zostałoby wyrzuconych daleko w przestrzeń kosmiczną na ekscentrycznych orbitach. Podczas gdy zewnętrzny Układ Słoneczny zostałby całkowicie przebudowany, wewnętrzny Układ Słoneczny, w tym nasza Ziemia, pozostałby nienaruszony. Źródło: Forschungszentrum Jülich
Odkrywanie tajemnic transneptunowych
Razem ze swoim studentem Amithem Govindem i Simonem Portegiesem Zwartem z Uniwersytetu w Lejdzie Susanne Pfalzner przeprowadziła ponad 3000 symulacji komputerowych, aby zbadać możliwą przyczynę niezwykłych orbit: czy inna gwiazda mogła spowodować dziwne orbity obiektów trans-Neptuna?
Trzej astrofizycy odkryli, że charakterystyczny, bliski przelot innej gwiazdy może wyjaśnić nachylone i ekscentryczne orbity znanych transneptunowych ciał niebieskich. „Można wydedukować nawet orbity bardzo odległych obiektów, takich jak planeta karłowata Sedna w najdalszych krańcach Układu Słonecznego, odkryta w 2003 roku. A także obiektów poruszających się po orbitach prawie prostopadłych do orbit planet.” mówi Susanne Pfalzner.
Taki przelot może nawet wyjaśnić orbity 2008 KV42 i 2011 KT19 – dwóch ciał niebieskich, które poruszają się w kierunku przeciwnym do planet.
Niebiańska mechanika i księżyce: odkrywanie wpływu
„Najlepiej pasuje do dzisiejszego zewnętrznego Układu Słonecznego, jakie znaleźliśmy w naszych symulacjach, to gwiazda nieco jaśniejsza od naszego Słońca – około 0,8 masy Słońca” – wyjaśnia kolega Pfalznera, Amith Govind. „Gwiazda ta przeleciała obok naszego Słońca w odległości około 16,5 miliarda kilometrów. To około 110 razy większa odległość między Ziemią a Słońcem, nieco mniej niż czterokrotność odległości najbardziej zewnętrznej planety Neptuna.
Jednak najbardziej zaskakującym odkryciem naukowców było to, że przelot obcej gwiazdy miliardy lat temu może również zapewnić naturalne wyjaśnienie zjawisk bliżej nas. Susanne Pfalzner i jej współpracownicy odkryli, że w swoich symulacjach niektóre obiekty trans-Neptuna zostały wrzucone do naszego Układu Słonecznego – w rejon zewnętrznych gigantycznych planet Jowisz, Saturn, Urani Neptun.
Opowieść księżyców: od chaosu do przechwytywania
„Niektóre z tych obiektów mogły zostać uchwycone przez planety-olbrzymy jako księżyce” – mówi Simon Portegies Zwart z Uniwersytetu w Lejdzie. „To wyjaśniałoby, dlaczego zewnętrzne planety naszego Układu Słonecznego mają dwa różne typy księżyców”.
W przeciwieństwie do zwykłych księżyców, które krążą blisko planety po orbitach kołowych, księżyce nieregularne krążą wokół planety w większej odległości po nachylonych, wydłużonych orbitach. Do tej pory nie udało się wyjaśnić tego zjawiska.
„Piękno tego modelu tkwi w jego prostocie” – mówi Pfalzner. „Odpowiada na kilka otwartych pytań dotyczących naszego Układu Słonecznego, wskazując tylko jedną przyczynę”.
Referencje:
„Trajektoria przelotu gwiazdy, który ukształtował zewnętrzny Układ Słoneczny” Susanne Pfalzner, Amith Govind i Simon Portegies Zwart, 4 września 2024 r., Astronomia przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41550-024-02349-x
„Nieregularne księżyce prawdopodobnie wstrzyknięte z zewnętrznego Układu Słonecznego przez przelot gwiazdy” Susanne Pfalzner, Amith Govind i Frank W. Wagner, 4 września 2024 r., The Listy do dzienników astrofizycznych.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad63a6
