На Аррокоте мёрзнет газ

Далеко-далеко от Земли, на расстоянии около 6.5 миллиардов километров, во тьме и холоде пояса Койпера летает «снеговичок» Аррокот. Это небольшой астероид, состоящий из двух как будто слепленных друг с другом шаров: одного побольше и одного поменьше. «Высота» недостроенного снеговичка составляет весьма скромных по космическим меркам 35 километров. Цвет Аррокота, вряд ли можно назвать снежным, скорее, грязно-коричневым – за счёт различных органических молекул на его поверхности под общим названием толины. Впервые астероид открыли по снимкам с телескопа Хаббл в 2014 году. А спустя четыре года мимо него «случайно» пролетел аппарат НАСА «Новые горизонты», благодаря которому у нас теперь есть первые фотографии объекта из пояса Койпера, сделанные с близкого расстояния. Фото, конечно, интересное, но объекты на задворках Солнечной системы привлекают астрономов не только своей необычной формой.

Считается, что в том же поясе Койпера (области, начинающейся за орбитой Нептуна), могут находиться космические тела, сохранившиеся в том виде, в каком они сформировались в первое время после рождения Солнечной системы. Они ни разу «не ощущали» на себе тепло солнечных лучей, представляя собой практически идеальный космический морозильник с веществом, из которого образовалась Солнечная система, в максимально сохранном виде. Даже многие газы при таких низких температурах находятся в твёрдом состоянии. Фактически, объекты пояса Койпера – это химический снимок того пространства, из которого 4.6 миллиардов лет назад появились Солнце, планеты и всё остальное. Если бы нам удалось его прочитать, то это закрыло бы много белых пятен в вопросах зарождения звёзд и планет.

Однако у астрономов есть определённые сомнения на тему того, насколько хорош этот «койперовский морозильник», в частности, может ли он на протяжении миллиардов лет удерживать легколетучие газы, например, монооксид углерода (СО или «угарный газ»), которого должно было быть много в протопланетном облаке. Дело в том, что многие твёрдые вещества умеют понемногу «испаряться», а точнее – возгоняться, то есть переходить в газообразное состояние из твёрдого, минуя жидкое. Подобный эффект можно наблюдать со снегом зимой, который постепенно «исчезает», даже если температура воздуха всё время была отрицательной. Вдобавок из-за малого размера и, как следствие, массы, небольшие астероиды не могут своей гравитацией удерживать хоть какое-то подобие атмосферы, поэтому «испарившаяся» молекула имеет все шансы покинуть свой родной уютный «морозильник» навсегда.

Аппарат «Новые горизонты», когда пролетал мимо Аррокота в 2018 году, не смог своими приборами зафиксировать следы монооксида углерода. Да и различные теоретические модели, описывающие эволюцию таких тел давали в целом неутешительные прогнозы относительно такой возможности – по ряду расчётов весь монооксид углерода должен был уже давно улетучиться. Однако, как написали недавно в Icarus (препринт статьи доступен на сайте arxiv.org) двое исследователей из Массачусетского технологического института и Института SETI, если всё-таки посчитать всё поаккуратнее, то выходит, что на Аррокоте и ему подобных койперовских астероидах вполне может оставаться много газов, в том числе и легколетучих.

В отличие от других подобных расчётов, новое моделирование лучше учло пористость Аррокота – как и другие небольшие объекты пояса Койпера он довольно рыхлый, его можно представить как большой комок спрессованной пыли. Если во внутренних областях Аррокота находится монооксид углерода в твёрдой форме, то ближе к поверхности в порах между частичками астероида уже находится газ, формируя некоторое подобие «подповерхностной атмосферы». При этом газообразный монооксид находится в равновесии со своей твёрдой фазой, а образование газа приводит к дополнительному охлаждению, что в свою очередь тормозит газообразование. Настоящий криоморозильник!

Ещё один интересный момент, связан со временем, когда должен был сформироваться Аррокот, для того, чтобы в нём остался замороженный газ. Здесь нам придётся переместить во времени даже не в момент рождения Солнечной системы, а чуть-чуть до этого знаменательного события. Существует гипотеза, что образованию Солнечной системы из газопылевого облака могла поспособствовать близкая вспышка сверхновой, за счёт мощного потока излучения и вещества вызвавшая коллапс облака и формирование протопланетного диска. Среди прочего, что летело во все стороны от той неведомой умирающей звезды, были атомы алюминия-26 – радиоактивного изотопа алюминия, с периодом полураспада около 700 тысяч лет. Смешавшись с веществом будущей звезды и планет, радиоактивный алюминий за счёт своего распада какое-то время подогревал внутренности космических тел. И, к примеру, если бы Аррокот образовался в период, когда ещё работала алюминиевая изотопная «печка», то он, скорее всего, потерял бы все свои легколетучие газы. Однако, считается, что подобные ему объекты пояса Койпера, вероятнее всего образовались спустя несколько миллионов лет, когда большая часть алюминия уже распалась.

Объединение в одной модели всех этих факторов и условий делает возможным существование первичных газов внутри Аррокота на протяжении нескольких миллиардов лет. Сопутствующая этому крайне низкая скорость их потери, в свою очередь, не позволила «Новым горизонтам» зафиксировать угарный газ – концентрация монооксида углерода вблизи астероида была ниже предела чувствительности его приборов. С одной стороны, эта работа показывает, насколько разнообразным может быть результат теоретических расчётов для малоизученных объектов, даже с учётом современных вычислительных мощностей. С другой стороны – чем больше мы изучаем историю рождения нашей Солнечной системы, тем больше на поверхность всплывает самых разных и непредсказуемых факторов, от которых в итоге зависело то, какой облик спустя миллиарды лет приняло существовавшее когда-то облачко газа и пыли где-то на окраине Галактики. И это очень интересно!