Астрофизики сравнили пояс астероидов с лагерем беженцев

Иллюстрация: Andrea Danti / Фотодом / Shutterstock
Иллюстрация: Andrea Danti / Фотодом / Shutterstock

В ходе компьютерного моделирования астрофизикам удалось продемонстрировать реальность сценария, при котором пояс астероидов мог первоначально быть пустой областью, которая затем наполнилась «строительным мусором», оставшимся после формирования планет.

В XIX веке считалось, что пояс астероидов, расположенный между орбитами Марса и Юпитера, является обломками планеты Фаэтон, погибшей в ходе некого катаклизма (по одной из гипотез, она была «разорвана» гравитационными полями Марса и Юпитера). Позднее была доказана ошибочность этой гипотезы и укрепилось мнение, что это — не уничтоженная, а скорее «недостроенная» планета, возникновению которой помешал Юпитер.

Однако согласно обычным моделям, в которых вещество равномерно распределено по протопланетному диску, общая масса пояса должна быть по крайней мере не меньше земной. В то время как она почти в 1000 раз меньше. Чтобы объяснить это расхождение, ученые вновь кивают на Юпитер: считается, что вызванные им возмущения «вышибли» большую часть астероидов из пояса.

Однако в последние годы в ряде исследований высказывалось мнение, что эта картина может быть неправильной и протопланетные диски вокруг звезд не так уж и равномерны. Модели ранних этапов формирования Солнечной системы демонстрируют, что дрейфующая пыль и мелкие камешки должны очень быстро концентрироваться в узкие кольца, в которых и возникают планетезимали. Тогда малую массу пояса астероидов можно объяснить и другим способом — тем, что эта область изначально была пустой, в ней отсутствовали кольца и потому не происходило зарождения планетезималей. Если это так, то возникает противоположный вопрос: не куда пропали «лишние» астероиды, а откуда взялись те, что сегодня составляют пояс?

Ответить на него помогает компьютерное моделирование, проведенное учеными из Франции и Бразилии. Им удалось подобрать такие стартовые параметры модели эволюции Солнечной системы, при которых область пояса астероидов оставалась изначально пустой, но положение дел на выходе соответствовало сегодняшнему. В ходе формирования планет их зародыши рассеивали планетезимали таким образом, что часть их переходила на вытянутые орбиты, пересекающие пустую область. А затем, входя в резонанс с планетами-гигантами, те занимали наблюдаемую нами сегодня орбиту.

Другое моделирование, проведенное теми же авторами ранее, показало, что аккреция газа на планеты-гиганты делает нестабильными орбиты находящихся поблизости планетезималей, те переходят в область пояса астероидов и остаются в ней под действием потока газа из внутренних областей Солнечной системы.

Подобное развитие событий объясняет также неоднородность в составе пояса. Астероиды разных спектральных классов неравномерно распределены в разных его частях: углеродистые (C-группа) преобладают в наружных, а кремниевые (S-группа) — во внутренних. Теперь же это можно объяснить тем, что соответствующие астероиды пришли в пояс из разных областей.

Схема: Sean Raymond, planetplanet.net

Полученные учеными распределения астероидов классов S и C по размерам и частотам обращения совпадают с действительно наблюдаемыми распределениями (хотя моделирование дает несколько большее количество астероидов, чем в реальности). Это показывает, что сценарий формирования Солнечной системы допускает вариант, при котором область пояса астероидов изначально пустует. Вне зависимости от того, окажется ли в итоге правильной эта гипотеза или более традиционный взгляд, проведенное исследование позволяет шире взглянуть на возможные сценарии возникновения Солнечной системы.

Исследование опубликовано в журнале Science Advances.

О том, как изучение астероидов помогает заглянуть в прошлое Солнечной системы, читайте на «Чердаке».

Теги:

Читать еще на Чердаке: