|
Межзвездные объекты и планеты-изгои в Солнечной системе
|
|
|
|
Когда в 2017 году Оумуамуа пересекла нашу солнечную систему, это был первый подтвержденный межзвездный объект (ISO), который сделал это. Затем, в 2019 году, комета 2l/Борисов сделала то же самое. Это единственные два подтвержденных объекта, которые посетили нашу солнечную систему. За долгую историю нашей солнечной системы, должно быть, побывало гораздо больше объектов, и еще больше их посетит в будущем. Очевидно, что таких объектов существует гораздо больше, и ожидается, что в будущем обсерватория имени Веры Рубин откроет еще больше. Вполне возможно, что солнце может захватить ISO или планету-изгой так же, как некоторые планеты захватывают спутники. Все сводится к фазовому пространству.
|
|
|
|
Что произошло бы с нашей зрелой, уравновешенной солнечной системой, если бы у нее внезапно появился еще один член? Это будет зависеть от массы объекта и возможной орбиты, на которой он окажется. Это интересный мысленный эксперимент; в то время как Борисов и Умуамуа были объектами меньшего размера, более массивная планета-изгой, присоединившаяся к нашей Солнечной системе, могла породить орбитальный хаос. Потенциально это могло бы изменить ход жизни на Земле, хотя это крайне маловероятно.
|
|
|
|
Насколько вероятен этот сценарий? В новой исследовательской заметке в журнале "Небесная механика и динамическая астрономия" описывается, как наша солнечная система могла бы зафиксировать ISO. Она называется "Постоянное проникновение в солнечную систему", а ее авторами являются Эдвард Белбруно с факультета математических наук Университета Иешива и Джеймс Грин, ранее работавший в НАСА, а ныне занимающийся исследованиями космической науки.
|
|
|
|
|
|
|
Фазовое пространство - это математическое представление, описывающее состояние динамической системы, такой как наша Солнечная система. Фазовое пространство использует координаты, которые представляют как положение, так и импульс. Это как многомерное пространство, содержащее все возможные конфигурации орбит вокруг Солнца.
|
|
|
|
Фазовое пространство фиксирует состояние динамической системы, отслеживая как характеристики положения, так и характеристики импульса. В фазовом пространстве нашей Солнечной системы есть точки фиксации, в которых ИСО может оказаться гравитационно связанной с Солнцем.
|
|
|
|
Фазовое пространство сложно и основано на гамильтоновой механике. В него входят такие параметры, как эксцентриситет орбиты, большая полуось и наклон орбиты. Фазовое пространство лучше всего понимать как многомерный ландшафт.
|
|
|
|
Фазовое пространство нашей Солнечной системы включает в себя два типа точек захвата: слабые и постоянные.
|
|
|
|
Точки слабого захвата - это области в пространстве, где объект может быть временно выведен на полустабильную орбиту. Часто именно в этих точках сходятся внешние границы притяжения объектов. Они больше похожи на гравитационные толчки, чем на освоение орбиты.
|
|
|
|
Постоянные точки захвата - это области в космосе, где объект может быть постоянно зафиксирован на стабильной орбите. Угловой момент и энергия объекта - это точная конфигурация, которая позволяет ему поддерживать орбиту. В планетных системах эти постоянные точки захвата представляют собой стабильные орбитальные конфигурации, которые сохраняются в течение чрезвычайно длительных периодов времени.
|
|
|
|
Фазовое пространство нашей Солнечной системы чрезвычайно сложно и включает в себя множество движущихся тел и их изменяющиеся координаты. Незначительные изменения координат в фазовом пространстве могут позволить объектам переходить из состояния постоянного захвата в состояние слабого захвата. Точно так же незначительные различия в ISO или планетах-изгоях могут привести их в эти точки.
|
|
|
|
В своей исследовательской записке авторы описывают постоянный захват ISO следующим образом: "Постоянный захват небольшого тела P, находящегося около Солнца, S, из межзвездного пространства происходит, когда P никогда не может вырваться обратно в межзвездное пространство и остается захваченным в пределах Солнечной системы на все будущее время, перемещаясь без столкновения с солнцем." Пуристы заметят, что ничто не может оставаться неизменным в течение всего будущего времени, но суть остается в другом.
|
|
|
|
Другие исследователи изучали этот сценарий, но эта работа идет еще дальше. "В дополнение к постоянному захвату, P также слабо захватывается", - пишут они. Это связано с общеизвестно трудной для решения задачей о трех телах.
|
|
|
|
Также, в отличие от предыдущих исследований, в которых в качестве третьего тела использовался Юпитер, в этой работе в качестве третьего тела используется приливная сила галактики, а также P и S. "Эта приливная сила оказывает заметное влияние на структуру фазового пространства для рассматриваемого нами диапазона скоростей и расстояния от Солнца,- они объясняют это в своей газете.
|
|
|
|
Статья посвящена теоретической природе фазового пространства и ИЗО-захвата. В ней изучаются "динамические и топологические свойства особого типа постоянного захвата, называемого постоянным слабым захватом, который происходит в течение бесконечного времени". Объект, находящийся в постоянном слабом захвате, никогда не покинет орбиту, но и не достигнет постоянной стабильной орбиты. Он асимптотически приближается к заданной точке захвата, не сталкиваясь со звездой.
|
|
|
|
Не так уж много споров вызывает тот факт, что планеты-изгои существуют, и, вероятно, в большом количестве. Звезды формируются в группы, которые в конечном итоге рассеиваются на более обширной территории. Поскольку звезды содержат планеты, некоторые из этих планет будут рассеяны в результате гравитационных взаимодействий, прежде чем звезды-партнеры немного отделятся друг от друга.
|
|
|
|
"Окончательная архитектура любой солнечной системы будет формироваться в результате межпланетного рассеяния в дополнение к облетам соседних формирующихся звездных систем, поскольку близкие столкновения могут выталкивать планеты и малые тела из системы, создавая так называемые планеты-изгои", - объясняют авторы.
|
|
|
|
"В совокупности выброс планет в результате раннего межпланетного рассеяния и столкновений со звездами, а также в ходе последующей эволюции многопланетной солнечной системы должны быть обычным явлением и подтверждать наличие очень большого числа планет-изгоев, свободно плавающих в межзвездном пространстве, которое, возможно, превышает количество звезд", - говорится в исследовании. авторы пишут, отмечая, что это утверждение является спорным.
|
|
|
|
Итак, к чему все это приводит? Исследователи разработали сечение захвата фазового пространства Солнечной системы, а затем подсчитали, сколько планет-изгоев находится поблизости от нашей солнечной системы. В окрестностях нашей солнечной системы, которая простирается на радиус в шесть парсеков вокруг Солнца, находится 131 звезда и коричневые карлики. Астрономы знают, что по крайней мере несколько из них содержат планеты, и все они вполне могут содержать планеты, которые мы еще не обнаружили.
|
|
|
|
Каждые миллион лет около двух наших звездных соседей приближаются к Земле на расстояние нескольких световых лет. "Однако ожидается, что в ближайшие 50 000 лет шесть звезд пройдут рядом с Землей", - пишут авторы. Внешняя граница облака Оорта находится на расстоянии около 1,5 световых лет, поэтому некоторые из этих звездных столкновений могут легко выбить объекты из облака и направить их во внутреннюю часть Солнечной системы. Такое уже случалось много раз, поскольку облако, вероятно, является источником долгопериодических комет.
|
|
|
|
Исследователи выявили отверстия в фазовом пространстве Солнечной системы, которые могут позволить некоторым из этих объектов, или ИЗОС, или планетам-изгоям, достичь постоянного слабого захвата. Это отверстия в сфере Солнечного холма, области, где гравитация Солнца является доминирующей гравитационной силой для захвата спутников. Эти отверстия находятся на расстоянии 3,81 светового года от Солнца в направлении центра галактики или напротив него.
|
|
|
|
"Через эти отверстия возможен постоянный слабый захват межзвездных объектов Солнечной системой", - утверждают авторы. "Они будут хаотично перемещаться внутри сферы Хилла, чтобы постоянно перемещаться вокруг Солнца, что займет сколь угодно долгое время, бесконечно много циклов". Эти объекты никогда не столкнутся с Солнцем и могут быть захвачены навсегда. "Планета-изгой может изменить орбиты планет, которые, возможно, удастся обнаружить", - заключают они.
|
|
|
|
Мы все еще находимся на начальном этапе изучения ISOИ и блуждающих планет. Мы знаем, что они существуют, но не знаем, сколько их и где они находятся. Обсерватория Веры Рубин может открыть нам глаза на эту совокупность объектов. Это может даже показать, как они группируются в одних регионах и избегают других.
|
|
|
|
Согласно этой работе, если они находятся рядом с каким-либо отверстием в сфере солнечного холма, у нас может появиться посетитель, который решит остаться.
|
|
|
|
Источник
|
