Новые исследования раскрывают механизмы захвата межзвёздных объектов и блуждающих планет Солнечной системой
В 2017 году астрономы впервые подтвердили наличие межзвёздного объекта (ISO) в Солнечной системе — Оумуамуа. Два года спустя комета 2I/Борисов повторила этот статус. Эти два объекта являются единственными подтверждёнными ISO, посетившими Солнечную систему, но учёные ожидают, что в будущем будет обнаружено гораздо больше подобных объектов, особенно с помощью будущей обсерватории имени Веры Рубин.
Учёными также активно рассматривается сценарий захвата Солнцем блуждающей планеты. Согласно новой исследовательской заметке в журнале Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy, Солнечная система может захватывать ISO благодаря особенностям своего фазового пространства.
Фазовое пространство — это математическое представление, описывающее состояние динамической системы, такой как наша Солнечная система. В нём используются координаты, которые представляют как положение, так и импульс, пространство включает в себя все возможные орбитальные конфигурации вокруг Солнца. Фазовое пространство Солнечной системы имеет точки захвата, где ISO может оказаться гравитационно связанным с Солнцем.
Существует два типа точек захвата: слабые и постоянные. Слабые точки захвата — это области, где объект может быть временно втянут в полустабильную орбиту. Постоянные точки захвата — это области, где объект может быть навсегда захвачен на стабильную орбиту.
В своей исследовательской заметке авторы, Эдвард Белбруно с кафедры математических наук в Университете Йешива и Джеймс Грин, ранее работавший в NASA, а теперь работающий в Space Science Endeavors, описывают постоянный захват ISO следующим образом: «Постоянный захват малого тела P около Солнца S из межзвёздного пространства происходит, когда P никогда не может вернуться обратно в межзвёздное пространство и остается захваченным в пределах Солнечной системы на всё время, двигаясь без столкновений с Солнцем».
В отличие от предыдущих исследований, в этой работе в качестве третьего тела используется приливная сила галактики, наряду с P и S. «Эта приливная сила оказывает заметное влияние на структуру фазового пространства для рассматриваемого нами диапазона скоростей и расстояний от Солнца», — объясняют авторы в статье.
Исследователи также изучили теоретическую природу фазового пространства и захвата ISO, рассмотрев «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 вырвется из Солнечной системы, но никогда не достигнет устойчивой орбиты.
Блуждающие планеты, вероятно, существуют в большом количестве, и некоторые из них могут быть захвачены нашей Солнечной системой через зоны в сфере Хилла, которые находятся на расстоянии 3,81 светового года от Солнца в направлении галактического центра или напротив него. «Постоянный слабый захват межзвёздных объектов в Солнечную систему возможен через эти зоны. Они будут хаотично перемещаться внутри сферы Хилла для постоянного захвата около Солнца, занимая произвольно долгое время бесконечное число циклов», — утверждают авторы.
Обсерватория имени Веры Рубин может помочь учёным лучше понять популяцию ISO и блуждающих планет, возможно, даже показав, как они группируются в одних регионах и избегают других. Согласно этой работе, если они находятся близко к любому из «отверстий» в сфере Хилла Солнца, то в Солнечную систему может попасть объект, который останется.
Данное исследование предоставляет новое понимание динамики Солнечной системы и её взаимодействия с межзвёздными объектами, что может иметь важные последствия для будущих наблюдений и теоретических моделей.