Астрономи створили симуляцію, щоб перевірити, як наближення інших зірок до систем впливає на їхні планетезималі. Виявилося, що прохід світил масою більше п’яти сонячних мас на відстані, меншій за 250 астрономічних одиниць, створює більшу частину міжзоряних об’єктів. Науковці змогли оцінити їхню кількість та швидкість, а також те, яка частина з них опиняється захопленою зіркою, що наблизилася. Препринт статті доступний на сайті arXiv.org.
Художнє зображення міжзоряного об’єкта Оумуамуа. M. Kornmesser / ESO
Як можуть утворюватися міжзоряні об’єкти?
Теорія формування зірок і планет давно передбачала існування невеликих об’єктів (від декількох десятків до декількох кілометрів), що дрейфують крізь міжзоряний простір. Однак лише нещодавно їхнє існування було підтверджено: астрономи зафіксували Оумуамуа та комету Борисова. Такі міжзоряні об'єкти, імовірно, є планетезималями, які були викинуті з іншої планетарної системи. Планетезималі можуть лишати систему через безліч процесів, що відбуваються протягом усього часу існування зірки. Так, на початку її життя міжзоряні об’єкти можуть викидатися планетами-гігантами, коли вони накопичують газ протопланетного диска, а згодом внаслідок їхньої міграції. Крім того, планетезималі повільно віддаляються від хмари Оорта протягом усього життя зірки головної послідовності та викидаються наприкінці її існування внаслідок переходу світила до стану гіганта. Також на систему впливають зовнішні сили, наприклад, зірки скупчення. Кожен з цих механізмів робить свій внесок у популяцію міжзоряних об’єктів, однак лишається невідомим, який з них є основним.
Механізми викидання планетезималей протягом часу існування зірки. Susanne Pfalzner et al.
Що досліджували астрономи?
Дослідники вирішили проаналізувати, як планетезималі викидаються зі своїх систем під впливом гравітації інших зірок, що наближаються до них. Для цього вони створили симуляцію, яка дозволила перевірити, яка кількість міжзоряних об’єктів при цьому утворюється і з якою швидкістю вони рухаються. Також вчені дізналися, як на це впливає маса зірки, що наближається до системи, відстань, на якій вона проходить, та кут її траєкторії. Потім астрономи застосували свої розрахунки для різних відомих систем, у тому числі й Сонячної.
Про що вони дізналися?
Дослідники встановили, що чим більша масова зірки і чим ближче вона пролітає повз систему, тим більше планетезімалей викидається з такої системи. Коли зірка пролітає під кутом до системи, міжзоряних об’єктів утворюється значно менше. Крім того, не всі планетезималі, які звільняються від гравітаційного впливу свого світила, автоматично перетворюються на міжзоряні об’єкти. Певна їхня частина також захоплюється зіркою, що пролітала повз. Іноді кількість захоплених планетезімалей може перевищувати кількість тих, що починають вільно дрейфувати міжзоряним простором. Кількість об'єктів, які прив’язуються до іншої зірки, є найбільшою, коли її маса становить від 1,5 до 2 сонячних мас, незалежно від відстані, на якій вона проходить. А от зірки, маса яких більша, ніж 5 сонячних мас, і наближаються ближче, ніж 250 астрономічних одиниць до іншого світила, створюють найбільшу кількість міжзоряних об’єктів. Їхня середня швидкість також залежить від маси зірки-збурювача. Вона може становити від 0,2 до 3 кілометрів на секунду. Це швидше, аніж у випадку, коли міжзоряні об’єкти утворюються на пізніх етапах життя зірки, тож їхня швидкість може вказувати на механізм їхнього формування. За оцінками дослідників, Сонячна система, імовірно, створила міжзоряні об’єкти, еквівалентні 2-3 масам Землі. Їхня середня швидкість становила 0,7 кілометри на секунду.
Нещодавно вчені спрогнозували появу в Сонячній системі семи міжзоряних об’єктів щорічно, а Оумуамуа визнали частиною «екзоплутона».