Хто деформував зовнішню Сонячну систему: зірка-вторженец або «дев'ята планета»?

В далеких куточках нашої Сонячної системи криється загадка. Довгий час астрономи вважали, що вісім планет обертаються на майже ідеальних кругових орбітах, тому що одного разу сформувалися в закрученому диску пилу і газу, що оточує молоде сонце. Але в 2003 році вчені виявили щось дивне: карликова планета Седна володіє дивною орбітою, змінюючи положення від двох відстаней до Плутона до більш ніж двадцяти відстаней до Сонця. І вона не одна така. За роки після цього астрономи виявили майже два десятки далеких крижаних об'єктів, орбіти яких продолговаты і дивно нахилені порівняно з площиною Сонячної системи.

Щоб пояснити такі дивацтва, вчені припустили, що, можливо, ці світи — шрами жорстокого минулого. Можливо, одного разу в юності Сонячної системи поруч пройшла зірка і збила з курсу ці світи. Чи далека дев'ята планета своєю гравітацією порушила порядок в нашій системі.

Остання гіпотеза набрала вагу за останні кілька років, змусивши першу нюхати пил, каже Сюзанна Пфальцнер, астроном з Інституту радіоастрономії ім. Макса Планка в Німеччині. Аномалії орбіти кількох невеликих об'єктів зовнішньої Сонячної системи накопичили докази того, що «дев'ята планета» приблизно в 10 разів більше Землі по масі. Між тим, зоряний вторженец вважався дуже малоймовірним — до сих пір. Пфальцнер і її колеги нещодавно опублікували роботу на сервері препринти arXiv, яка була прийнята The Astrophysical Journal, в якій показали, що зірки можуть пролітати поруч з нашою Сонячною системою набагато частіше, ніж думали. Ці результати не тільки надають ваги теорії зоряного прольоту, але також можуть пояснити, як «дев'ята планета» взагалі опинилася на своїй дивній орбіті.

Дивна орбіта Седны

Астрономи знають, що Сонце не завжди був таким одиноким. Воно народилося у скупченні сотень або десятків тисяч зірок, що розсипалися по галактиці усього через 10 мільйонів років. Тому, поки наше Сонце знаходилося всередині цього скупчення, зірки снували туди і сюди у запаморочливому танці, який легко міг привести до зальоту в нашу зароджується сонячну систему. Але після розриву скупчення на частини ймовірність такого вторгнення впала майже до нуля. Принаймні, так вважали. Але Пфальцнер і її колеги тепер стверджують, що шанси на вторгнення залишалися відносно високими після того, як скупчення почало розсипатися. Після безлічі тривалих комп'ютерних моделювань вони виявили, що зірка з масою наше Сонце з імовірністю 20-30% могла пролетіти в 50 — 150 а.е. від Плутона (1 а.е. — це відстань від Землі до Сонця, приблизно 150 мільйонів кілометрів). Безумовно, такою близькою підхід струснув би нашу юну Сонячну систему.

Хоча великі планети залишилися недоторканими (Сонце, наприклад, майже не відчуває слабкою гравітації восьми планет), вторгнення могло б розштовхати невеликі об'єкти, помістивши їх на дивні орбіти на межах Сонячної системи. Більше того: моделювання також відтворило другу тенденцію, яку астрономи спостерігали в Сонячній системі, — схильність зовнішніх об'єктів групуватися. Вони рухаються разом в тісних групах. Простими словами, зірка-вторженец прекрасно вписується у моделі, створені на основі спостережень.

«Але протримаються вони протягом 4,5 мільярда років», тобто поки існує Сонячна система, «це питання на мільйон доларів», говорить Скотт Кеньон, астроном Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики, який не брав участі в дослідженні. І Пфальцнер з ним згодна. Вона хотіла б змоделювати довготривале поведінку, щоб зрозуміти, чи збережуться зміни, викликані зоряним вторгненням, упродовж усього терміну існування нашої системи.

Вчені жадібно шукають нові дані з допомогою низки різних спостережних кампаній. Кілька команд, наприклад, вже прочісують великі шматки неба в пошуках дивацтв у зовнішній Сонячній системі. Скотт Шеппард, астроном з Наукового інституту Карнегі, який не брав участі в дослідженні, не може стримати свого хвилювання напередодні запуску Великого синоптичного телескопа — 8,4-метрової тарілки, яка відкриє сотні нових сонячних систем.

Кеньон, тим часом, сподівається, що космічний апарат Gaia, який знаходиться в процесі уточнення положення мільярди зірок з безпрецедентною точністю, допоможе знайти братів і сестер нашої зірки. Це дозволить вченим краще зрозуміти зоряне скупчення, у якому сформувалася наша юна Сонячна система, а також ймовірність того, що інша зірка підійде занадто близько. «Гайя» — наш новий спаситель», говорить він. Нещодавнє дослідження Gaia дозволило відстежити шляхи прилеглих зірок минулого і спроектувати їх в майбутнє, тільки щоб виявити, що 25 зірок можуть підійти небезпечно близько до нашого будинку протягом 10 мільйонів років. І, звичайно, всі хочуть знайти «дев'яту планету».

Але Пфальцнер стверджує, що відкриття чергового великого члена Сонячної системи не виключає зоряного прольоту. «Це не сценарій або/або», говорить вона. «Якщо дев'ята планета існує, вона не виключає модель прольоту, швидше говорить на її користь». Прогнозована орбіти дев'ятої планети, ексцентрична і нахилена (відносно площини Сонячної системи) також могла сформуватися під дією зоряного прольоту. Відкриття дев'ятої планети розставить багато крапок над "i".