Солнце уличили в похищении карликовой планеты у другой звезды

Астрономы во главе с Люси Жилковой (Lucie Jilkova) из Лейденского университета (Нидерланды) провели тщательный анализ орбиты карликовой планеты Седна и пришли к выводу, что она, вместе с целым семейством тел того же происхождения, была захвачена Солнечной системой из почти столкнувшейся с ней другой звездной системы. С препринтом соответствующего исследования можно

на arXiv.org, сама работа направлена на публикацию в

Когда в 2003 году была открыта карликовая планета Седна, имеющая диаметр около 1 000 километров, стало ясно, что она резко отличается от любых других известных тел Солнечной своей необычайной орбитой. Ее ближайшая к звезде точка (перигелий) удалена от Солнца на 76 а.е. (1 астрономическая единица – 150 миллионов километров), в то время как самая удаленная (афелий) лежит в 1 006 а.е. Год там, соответственно, длится 11 400 земных лет. 

С точки зрения теории формирования тел из протопланетного диска, она не могла возникнуть на орбите, столь непохожей на круговую – иначе бы ей не удался набор массы из этого диска. Поэтому было выдвинуто предложение, что Седна некогда была выброшена из пояса Койпера – группы тел, вращающихся за орбитой Нептуна, но с более правильными орбитами и гораздо более близких к Солнцу. Такое событие, хотя и редкое, считается вполне возможным: в прошлом Уран и Нептун под действием Юпитера и Сатурна серьезно меняли свои орбиты, попутно дестабилизируя и пояс Койпера.

В 2014 году по этой точке зрения был нанесен серьезный удар. Астрономы открыли 2012 VP₁₁₃, объект диаметром почти 600 километров и с орбитой почти столь же неправильной, как у Седны. Возник термин «седноид», и на сегодня большинство астрономов сходится на том, что семейство этих тел довольно многочисленно, просто обнаружить их из-за большой удаленности чрезвычайно трудно. Скотт Шеппард, первооткрыватель 2012 VP₁₁₃, предположил было, что объект принадлежит к внутренней части облака Оорта , однако другие тела этого облака лежат намного дальше от Солнца, чем седноиды, происхождение которых, таким образом, оставалось загадочным.

Группа Жилковой решила проверить: могут ли наблюдаемые орбиты этих двух тел быть следствием их захвата у другой звездной системы? Для этого ученые провели моделирование близкого прохождения поблизости от Солнца другой системы, располагающей собственными планетезималями, объектами, из которых некогда формировались все планеты. В итоге выяснилось, что такие вытянутые орбиты естественным путем формируются у тел, захваченных гравитацией Солнца из другой системы, но только если она в момент сближения располагала диском из планетезималей диаметром в 160 а.е. Это большой диск, который может иметь лишь достаточно массивная звезда.

Наилучшим образом в параметры моделирования вписывается сближение с телом в 1,8 раз тяжелее Солнца, которое как раз должно было располагать таким диском. При этом дистанция максимального сближения двух светил составляла всего 227 а.е. –  окружавшие их диски, состоявшие из планетезималей, частично пересеклись. С точки зрения нормальных межзвездных расстояний это почти столкновение – сейчас расстояние от ближайшей звезды до нас составляет 270 000 а.е.

При этом моделирование показало, что в наиболее вероятном сценарии Солнечная система должна была позаимствовать у проходящей мимо системы примерно 2 600 тел с орбитальными параметрами близкими к Седне. Из них каждое третье впоследствии должно было быть выброшено из нашей системы из-за гравитационного взаимодействия с планетами. Однако более 400 таких тел «осели» во внутренней части облака Оорта, а свыше 900 – примерно на тех же самых орбитах, что и сама Седна. Большинство из них много меньше тысячекилометровой карликовой планеты, и заметить их с такого расстояния очень сложно.

По расчетам авторов, более 2 процентов всех планетезималей, которыми в момент столкновения располагала Солнечная система, некогда были захвачены гравитацией проходившей мимо массивной звезды. При этом в первые сотни миллионов лет они имели крайне вытянутые орбиты, наклоненные относительно плоскости системы, во многом похожие на нынешние орбиты седноидов в Солнечной системе. Однако звезды массивнее Солнца быстрее него становятся белыми карликами, сперва сбросив внешние слои, что резко меняет орбиты других тел системы. Объект в 1,8 масс Солнца должен претерпеть такую эволюцию примерно за два миллиарда лет, став белым карликом массой в 0,6 солнечной. Скорее всего, отмечают астрономы, с ним это давно произошло, из-за чего захваченные у Солнечной планетезимали были выброшены из второй системы в межзвездное пространство.