Кто деформировал внешнюю Солнечную систему: звезда-вторженец или «девятая планета»?
В дальних уголках нашей Солнечной системы таится загадка. Долгое время астрономы считали, что восемь планет вращаются на почти идеальных круговых орбитах, потому что однажды сформировались в закрученном диске пыли и газа, окружающем молодое солнце.
Но в 2003 году ученые обнаружили нечто странное: карликовая планета Седна обладает странной орбитой, меняя положение от двух расстояний до Плутона до более чем двадцати расстояний до Солнца. И она не одна такая. За годы после этого астрономы обнаружили почти два десятка далеких ледяных объектов, орбиты которых продолговаты и странно наклонены по сравнению с плоскостью Солнечной системы.
Чтобы объяснить такие странности, ученые предположили, что, возможно, эти миры — шрамы жестокого прошлого. Возможно, однажды в юности Солнечной системы рядом прошла звезда и сбила с курса эти миры. Или далекая девятая планета своей гравитацией нарушила порядок в нашей системе.
Последняя гипотеза набрала вес за последние несколько лет, заставив первую нюхать пыль, говорит Сюзанна Пфальцнер, астроном из Института радиоастрономии им. Макса Планка в Германии. Аномалии на орбитах нескольких небольших объектов внешней Солнечной системы накопили доказательства того, что «девятая планета» примерно в 10 раз больше Земли по массе. Между тем, звездный вторженец считался слишком маловероятным — до сих пор. Пфальцнер и ее коллеги недавно опубликовали работу на сервере препринта arXiv, которая была принята The Astrophysical Journal, в которой показали, что звезды могут пролетать рядом с нашей Солнечной системой намного чаще, чем думали. Эти результаты не только придают веса теории звездного пролета, но также могут объяснить, как «девятая планета» вообще оказалась на своей странной орбите.
Странная орбита Седны
Астрономы знают, что Солнце не всегда было таким одиноким. Оно родилось в скоплении сотен или десятков тысяч звезд, которые рассыпались по галактике всего через 10 миллионов лет. Поэтому, пока наше Солнце находилось внутри этого скопления, звезды сновали туда и сюда в головокружительном танце, который легко мог привести к залету в нашу зарождающуюся солнечную систему. Но после разрыва скопления на части вероятность такого вторжения упала почти до нуля. Во всяком случае, так полагали. Но Пфальцнер и ее коллеги теперь утверждают, что шансы на вторжение оставались относительно высокими после того, как скопление начало рассыпаться. После множества длительных компьютерных моделирований они обнаружили, что звезда массой с наше Солнце с вероятностью 20-30% могла пролететь в 50 — 150 а.е. от Плутона (1 а.е. — это расстояние от Земли до Солнца, примерно 150 миллионов километров). Безусловно, такой близкой подход встряхнул бы нашу юную Солнечную систему.
Хотя большие планеты остались бы нетронутыми (Солнце, например, почти не ощущает слабой гравитации восьми планет), вторжение могло бы растолкать небольшие объекты, поместив их на странные орбиты на пределах Солнечной системы. Более того: моделирование также воссоздало вторую тенденцию, которую астрономы наблюдали в Солнечной системе, — склонность внешних объектов группироваться. Они двигаются вместе в тесных группах. Простыми словами, звезда-вторженец прекрасно вписывается в модели, созданные на основе наблюдений.
«Но продержатся ли они на протяжении 4,5 миллиарда лет», то есть пока существует Солнечная система, «это вопрос на миллион долларов», говорит Скотт Кеньон, астроном Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики, не принимавший участия в исследовании. И Пфальцнер с ним согласна. Она хотела бы смоделировать долговременное поведение, чтобы понять, сохранятся ли изменения, вызванные звездным вторжением, на протяжении всего срока существования нашей системы.
Ученые жадно ищут новые данные с помощью ряда различных наблюдательных кампаний. Несколько команд, например, уже прочесывают большие куски небес в поисках странностей во внешней Солнечной системе. Скотт Шеппард, астроном из Научного института Карнеги, который не участвовал в исследовании, не может сдержать своего волнения накануне запуска Большого синоптического телескопа — 8,4-метровой тарелки, которая откроет сотни новых солнечных систем.
Кеньон, тем временем, надеется, что космический аппарат Gaia, который находится в процессе уточнения положения миллиарда звезд с беспрецедентной точностью, поможет найти братьев и сестер нашей звезды. Это позволит ученым лучше понять звездное скопление, в котором сформировалась наша юная Солнечная система, а также вероятность того, что другая звезда подойдет слишком близко. «Гайя» — наш новый спаситель», говорит он. Недавнее исследование Gaia позволило отследить пути близлежащих звезд в прошлом и спроецировать их в будущее, только чтобы обнаружить, что 25 звезд могут подойти опасно близко к нашему дому в течение 10 миллионов лет. И, конечно, все хотят найти «девятую планету».
Но Пфальцнер утверждает, что открытие очередного крупного члена Солнечной системы не исключает звездного пролета. «Это не сценарий или/или», говорит она. «Если девятая планета существует, она не исключает модель пролета, скорее говорит в ее пользу». Прогнозируемая орбита девятой планеты, эксцентричная и наклоненная (относительно плоскости Солнечной системы) также могла сформироваться под действием звездного пролета. Открытие девятой планеты расставит много точек над i.