Рождение «снеговика» на краю Солнечной системы

Модель, разработанная на физическом факультете в Технионе, в сотрудничестве с немецкими учеными в Тюбингене, объясняет уникальные свойства Аррокота (Arrokoth, Ультима Туле, 486958, 2014 MU69), самого отдаленного объекта, когда-либо найденного в Солнечной системе. Результаты исследовательской группы пролили новый свет на формирование объектов пояса Койпера, астероидоподобных объектов на краю солнечной системы, а также на понимание ранних этапов формирования солнечной системы. Результаты, опубликованные в журнале Nature, и его фотографии, впервые сделанные в прошлом году космической миссией НАСА «Новые горизонты», объясняют уникальные характеристики «снеговика», формально известного как Аррокот. История начинается 19 января 2006 года, когда космический корабль Новые горизонты был отправлен в космос, чтобы сделать первые снимки Плутона крупным планом и изучить его особенности и поверхность. После запуска корабль зафиксировал свою траекторию к Плутону, начав свой долгий, девятилетний путь. Чтобы не тратить впустую топливо и ресурсы, большинство его систем находилось в спящем режиме, пока он не приблизился к Плутону. За время полета Международный астрономический союз решил понизить Плутон со статуса планеты до карликовой планеты (в августе 2006 года). Получилось, что космический корабль New Horizons был отправлен для исследования планеты, заснул, проснулся и обнаружил, что Плутон больше не считается планетой. Но это не умаляет важности миссии. Миссия Новые Горизонты предоставила захватывающие изображения Плутона и его луны Харона, а также бесценную научную информацию, которая в настоящее время все еще исследуется и, вероятно, будет изучаться годами. Эти исследования обеспечат важный вклад в понимание формирования солнечной системы, и в частности пояса Койпера. Но это еще не все приключения New Horizons. Хотя Плутон является самым крупным объектом в самых дальних уголках Солнечной системы, он не единственный. За Нептуном находится область, называемая поясом Койпера, состоящая из бесчисленных астероидоподобных объектов размером от нескольких метров до тысяч километров. Условия в этой области отличаются (и, в частности, намного холоднее), чем в его «родственном» поясе астероидов во внутренней солнечной системе. Космический корабль «Новые горизонты» был снабжен достаточным количеством ресурсов для наблюдения за другими объектами пояса Койпера, если такой объект можно было найти не слишком далеко от первоначальной траектории космического корабля. 26 июня 2014 года, после обширного обследования местности в поисках таких объектов, один из них был идентифицирован космическим телескопом Хаббл. После этой идентификации исследовательская группа New Horizons скорректировала траекторию космического корабля так, чтобы она проходила рядом с вновь найденным объектом, после завершения своей миссии по картированию Плутона. Пять лет спустя (и четыре после его встречи с Плутоном в 2015 году) аппарат «Новые горизонты» пролетел мимо этого объекта. 1 января 2019 года человечество получило первый крупный план небольшого объекта пояса Койпера, когда космический корабль «Новые горизонты» прошел мимо него всего в 5600 километрах от него. Сразу после появления первых изображений объект пояса Койпера (доселе известный как MU69 2014) получил прозвище «Снеговик» из-за его уникального внешнего вида. Исследователи New Horizons первоначально назвали его Ultima Thule («Край света» на латыни) из-за его удаленного расположения на краю Солнечной системы. Но объект был в конечном счете переименован в 486958 Аррокот, что обозначает "небо" или "облако" в ныне исчезнувшем языке индейцев Повхатана. Новые Горизонты собрал огромное количество информации о Снеговике: это 30-километровый контактный бинарный объект, состоящий из двух лепестков разного размера, соединенных между собой тонкой шейкой, который, по-видимому, является продуктом двух более мелких объектов пояса Койпера, которые столкнулись, образуя Аррокот. Хотя были предложены различные модели, объясняющие образование Аррокота и его специфических свойств, ученые столкнулись с серьезными трудностями и не смогли четко объяснить важные особенности объекта, в частности его медленную скорость вращения вокруг центра масс и большой угол наклона. В своей статье Nature исследователи Техниона представляют новые аналитические расчеты и детальное моделирование, объясняющее формирование и особенности Аррокота. Исследование проводилось под руководством аспиранта Евгения Гришина, доктора наук Ури Маламуд и их научного руководителя профессора Хагай Переца в сотрудничестве с немецкой исследовательской группой в Тюбингене. "Простое высокоскоростное столкновение двух случайных объектов в поясе Койпера разрушило бы их, так как они, вероятно, в основном состоят из мягкого льда", - сказал Гришин. "С другой стороны, если бы два тела вращались друг вокруг друга по круговой орбите (подобно Луне, вращающейся вокруг Земли), чтобы более мягко приблизиться друг к другу и войти в контакт, скорость вращения Аррокота была бы чрезвычайно высокой, в то время как измеренная скорость была довольно низкой. Полный оборот Аррокота занимает 15,92 часа. Кроме того, его угол наклона (относительно плоскости его орбиты вокруг Солнца) очень велик — 98 градусов — так что он почти лежит на боку относительно своей орбиты, что само по себе является своеобразной особенностью." «Согласно нашей модели, эти два тела вращались вокруг друг друга, но поскольку они вращались вместе еще и вокруг Солнца, они составляли тройную систему», - сказал он. «Динамика таких тройных систем сложна и известна как проблема трех тел. Известно, что динамика гравитирующих тройных систем очень хаотична. В нашем исследовании мы показали, что система не двигалась простым и упорядоченным образом, но также не вела себя совершенно хаотично». «Он эволюционировал из широкой, относительно круговой орбиты в крайне эксцентричную, эллиптическую орбиту через медленную (вековую) эволюцию, гораздо более медленную по сравнению с орбитальным периодом Аррокота вокруг Солнца», - сказал профессор Перетс. «Мы смогли показать, что такие траектории в конечном итоге приводят к столкновению, которое, с одной стороны, будет медленным и не разрушит объекты, а с другой стороны, создаст медленно вращающийся, сильно наклоненный объект, соответствующий свойствам Аррокота.» «Наше моделирование подтвердило эту картину и дало модели очень похожий внешний вид, а также его вращение и наклон», - сказал В заключение доктор Маламуд. Исследователи также изучили, насколько надежны и вероятны такие процессы, и обнаружили, что они потенциально довольно часто встречаются с 20% всех двойных объектов пояса Койпера, и потенциально развиваются схожим образом. До сих пор, по словам исследователей, не было возможности объяснить уникальные особенности Аррокота. Это противоречит здравому смыслу, но вероятность столкновения в таких конфигурациях действительно возрастает. «Наша модель объясняет как высокую вероятность столкновения, так и уникальные параметры единой системы на сегодняшний день, и фактически предсказывает, что в поясе Койпера будет найдено гораздо больше таких объектов», - сказал Гришин.