太陽系外部柯伊伯帶天體的奇怪軌道,可能是另一個恆星造成的

太陽系外部柯伊伯帶天體的奇怪軌道,可能是另一個恆星造成的

計算機模擬表明:數十億年前,我們的太陽系還年輕時,有一顆恆星掠過,偷走了我們太陽系的一些物質,並創造了柯伊伯帶天體的奇怪軌道。

我們怎麼知道我們的太陽系是怎麼誕生的?天文學家向外看,看其他恆星系正在形成的過程中。他們還使用現代天文學的工具--物理學和高性能計算機,來創造我們的太陽、地球和其他鄰近行星形成的可能情景。試圖看看他們的計算機模型是否與我們在太陽系中觀察到的相吻合。通過這種方式,幾十年來,天文學家已經建立了我們的太陽系從太空中的氣體和塵埃盤演變的情景。但是模型,從來不完全符合現實。

一個謎團是海王星以外所有天體的累積質量,即所謂的柯伊伯帶,比預期的要小得多。另外,與主要行星的軌道相比,那裡的天體大多有傾斜的偏心軌道,而主要行星的軌道多多少少都在一個平面內,而且更接近圓形。位於德國波恩的馬克斯普朗克射電天文研究所的蘇珊·法爾茨納(Susanne Pfalzner)和她的同事提出了一項基於計算機建模的新研究,顯示了一顆相鄰恆星的近距離飛行。根據這個模型,可能發生在數十億年前,當我們的太陽系正在形成的時候,可以解釋其中的一些謎團。它既可以解釋觀測到的太陽系外部天體稀少的現象,也可以解釋這些天體的偏心、傾斜軌道。

太陽系外部柯伊伯帶天體的奇怪軌道,可能是另一個恆星造成的

更重要的是,這項新的工作表明,在高傾角處還有許多其他天體有待發現,也許包括假設的行星X。

我們的團隊多年來一直在研究飛行恆星對其他行星系統的影響,從來沒有考慮過我們實際上可能就生活在這樣一個系統中。這個模型的美妙之處在於它的簡單性。

太陽系形成的基本情況早已為人所知:我們的太陽是從一團塌陷的氣體和塵埃中誕生的。在這個過程中,形成了一個扁平的圓盤,在那裡不僅有大的行星生長,還有小行星、矮行星等較小的物體。由於圓盤的平直性,人們會認為行星是在一個平面上運行的,除非後來發生了什麼戲劇性的事情。從太陽系的海王星軌道看,一切似乎都很正常:大多數行星都是在相當圓的軌道上運行,它們的軌道傾斜度只有輕微的變化。然而,在海王星之外,事情變得非常混亂。最大的謎團是矮行星賽德納,它在傾斜、高度偏心的軌道上運行。

就在海王星的軌道外,又發生了一件奇怪的事情。所有物體的累積質量大幅度下降了近三個數量級。幾乎相同的距離上,所有的東西都變得凌亂不堪。這可能是巧合,但這樣的巧合在自然界中是罕見的。

太陽系外部柯伊伯帶天體的奇怪軌道,可能是另一個恆星造成的

該圖顯示了一個0.5太陽質量恆星的模擬場景,它接近太陽早期的距離是100個天文單位--地球與太陽距離的100倍,或者說是太陽和海王星之間距離的3倍。

蘇珊·法爾茨納和她的同事們認為,一顆恆星在早期就已經接近太陽,“偷走”了太陽原行星盤上的大部分外部物質,並將剩下的物質扔進了傾斜和偏心的軌道。他們進行了數千次計算機模擬,檢查了當恆星非常靠近時會發生什麼,並干擾了曾經更大的圓盤。結果證明,最適合今天外太陽系的是一顆與太陽質量相同或略輕(0.5-1個太陽質量)的擾動恆星,並以太陽與海王星距離的3倍處飛過。

這些天文學家指出,現在,在我們銀河系的區域裡,兩顆恆星的飛過是極其罕見的。然而,像我們的太陽這樣的恆星通常誕生在大量的恆星中,而這些恆星的密度要大得多。因此,恆星間近距離飛行在遙遠的過去更為普遍。進行另一種類型的模擬,研究小組發現,在太陽生命的頭10億年裡,有20%到30%的機會有一次飛掠的經歷。


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