Астрономія
Астрономія

Симуляція розкрила хронологію утворення хмари Оорта

Астрономи змоделювали народження та еволюцію Сонячної системи і відслідкували утворення хмари Оорта. Це дозволило визначити, звідки походить матеріал регіону, а також встановити, і зокрема встановити, яка частка уламків у цій області була захоплена з інших зірок скупчення, у якому сформувалося Сонце. Препринт статті доступний на сайті arXiv.org.

MIKKEL JUUL JENSEN / SCIENCE PHOTO LIBRARY

MIKKEL JUUL JENSEN / SCIENCE PHOTO LIBRARY

Як формувалася Сонячна система?

Сонце, як і більшість зірок, утворилося у гігантській молекулярній хмарі. Її газ стиснувся під дією власної гравітації, формуючи зірки з дисками навколо них. Сонячна система, ймовірно, зародилася у скупченні зірок, які взаємодіяли до того, як Сонце полишило цю групу. Навколозоряний диск, що залишився від процесу зореутворення, призвів до поступового нарощування матеріалу та зародження планет. Зірки у батьківському скупченні могли вплинути на морфологію диску через припливні збурення, його розвиток мав глибокі наслідки для орбіт новоутворених планет. Згідно з моделлю Ніцци, пілся цього у ранній Сонячній системі відбувалася хаотична реорганізація. Це могло статися під час або незабаром після утворення Юпітера, або ж приблизно через мільярд років після утворення планет. Гігантські планети мігрували та зайняли свої сучасні положення, це явище викликало посилений поток астероїдів по всій молодій Сонячній систем. Такий сценарій успішно пояснює кілька аспектів Сонячної системи, однак не може пояснити глобальну структуру хмари Оорта.

Що відомо про хмару Оорта?

Хмара Оорта є джерелом довгоперіодичних комет, але вона спостерігається не безпосередньо і залишається теоретичним регіоном. Він розташований на відстані між 25 тисяч і 200 тисяч астрономічних одиниць від Сонця. Вважається, що його зовнішня межа збігається з радіусом Хілла для Сонця, тобто з межею простору, в якому домінує гравітаційний вплив нашої зірки. Початок внутрішнього краю хмари Оорта визначений менш точно і досі обговорюється. За оцінками, маса хмари Оорта може сягати від 1,9 до 38 сонячних мас, хоча чисельні моделювання демонструють менші цифри. Хиара Оорта, за оцінками, містить трильйон об'єктів розміром з типову комету. Різні сценарії наводять різний час формування цього регіону, а також два різних способи. Згідно з першим, хмара Оорта утворена головним чином шляхом викидання внутрішнього матеріалу Сонячної системи через взаємодію планет і диску. За іншою версією, хмара Оорта могла бути утворена двома різними процесами: потраплянням місцевих астероїдів у внутрішню область регіону, тоді як зовнішній регіон за межами 20 тисяч астрономічних одиниць від Сонця поповнювався матеріалом з інших систем у материнському зоряному скупченні.

Яке дослідження провели астрономи?

Дослідники провели серію симуляцій за допомогою інструмента Astrophysics Multipurpose Software Environment (AMUSE) та дослідили народженні і еволюцію Сонячної системи. Зокрема, вчені детально розглянули еволюцію зоряного диску у випадку з ізольованою Сонячною системою та народжену в скупченні зірок і транспортування астероїдів у системі.

Про що вони дізналися?

Середовище народження Сонячної системи відіграє важливу роль у формуванні хмари Оорта. Воно не дає газовим гігантам сформувати цей регіон, але в той же час стимулює його утворення шляхом розсіювання зовнішніх областей навколозоряного диску, а також введенням нових астероїдів черезз захоплення матеріалу з інших зірок, або міжзоряних тіл. Таким чином, хмара Оорта містить лише незначний внесок від астероїдів, розсіяних завдяки гравітаційному впливу Юпітера і Сатурна. Однак крижані гіганти Уран і Нептун є більш сприятливими у постачанні матеріалу для хмари Оорта. Вони викидають астероїди на довші орбіти, але роблять це значно довще через їхні нижчі маси. Тому хмара Оорта не могла утворитися в першій 10 мільйонів років існування Сонячної системи.

Еволюція орбіти астероїда, який викилається у хмару Оорта. Simon Portegies Zwart / YouTube

https://www.youtube.com/watch?v=a7Z-R84x1wU&t

Зірки всередині скупчення в моделюваннях переживають багаторазові наближення, перш ніж особливо сильна взаємодія викидає їх із групи. При цьому вони обмінюються матеріалом у приблизно рівних пропорціях. Дослідники дійшли висновку, що на відстані від 100 і до кількох тисяч астрономічних одиниць хмара Оорта містить свідчення існування Сонця у зоряному скупченні на початку свого існування, і що більша частина зовнішньої хмари Оорта утворилася після того, як наша зірка полишила його. Це сталося між 20 і 50 мільйонами років після народження Сонячної системи. Сьогодні основна частина матеріалу в хмарі Оорта (близько 70%) походить з регіону в навколозоряному диску, який знаходився між 15 і 35 астрономічними одиницями. Приблизно половина внутрішньої частини регіону і чверть матеріалу у зовнішній хмарі Оорта могла бути захопленими уламками з інших систем.