2024-09-20 15:08

一颗路过的恒星可能把太阳系中最奇怪的卫星踢到了合适的位置

一项新的研究表明,一颗路过的恒星可能要对我们太阳系中超过四分之三的卫星负责,因为这颗恒星旅行者将巨大的岩石天体扔进了我们的宇宙邻居。

这个新颖的模型挑战了现有的关于太阳系是如何形成今天这个样子的观念。

太阳系的巨行星以其众多卫星而闻名。目前,土星以146颗卫星领先,木星以95颗卫星紧随其后。这些卫星中有很多在很多方面与地球的月球相似。例如,它们围绕母行星的轨道与行星的自转方向相同。此外,这种卫星被称为规则卫星,它们的轨道接近圆形,与行星的赤道共用一个平面。

但有些卫星就奇怪多了。以土卫九为例,它是土星最奇怪的卫星之一。它有一个椭圆形的倾斜轨道,与土星旋转的方向相反,这种运动被称为逆行。事实上,像菲比这样的卫星,也被称为不规则卫星,在太阳系中的数量是常规卫星的三倍。

据科罗拉多州博尔德市西南研究所的行星科学家William Bottke说,科学家们此前将不规则卫星的存在归因于海王星在太阳系中的运动。大多数天文学家认为,太阳系演化的关键一步是海王星通过柯伊伯带的前身向外迁移。今天,柯伊伯带的长度是地球到太阳距离的30到50倍,但在太阳系早期,柯伊伯带的原型离太阳更近。

他提供了另一种理论来解释这些奇怪的现象:一颗路过的恒星“踢”了卫星。

Susanne Pfalzner是这项研究的第一作者,也是德国j 利希超级计算中心的天文学教授,她通过电子邮件告诉《生活科学》杂志,在另一项研究表明,一颗飞过太阳系的恒星将柯伊伯带天体(kbo)抛向行星附近后,她受到了启发,开始探索这种可能性。

因此,Pfalzner和她的同事们模拟了一颗恒星经过青春期的太阳系的运动。这颗恒星的质量大约是今天太阳质量的五分之四,它在大约110个地球-太阳距离的地方掠过。研究人员计算了太阳和来访恒星的引力是如何改变数千个柯伊伯带天体的轨迹的。然后,研究小组研究了柯伊伯带天体的轨道在10亿年里是如何演变的。

研究人员的模拟显示,如果这颗造访的恒星以与黄道面(地球绕太阳公转的平面)70度的角度掠过,它会将大约7%的柯伊伯带天体弹射出椭圆形轨道,使它们靠近巨行星。它们中的许多——尤其是那些新路径使它们靠近木星或土星的——都有逆行轨道,很少有非常红的——这两种趋势都是不规则卫星今天所表现出来的。

研究人员发现,在10亿多年的时间里,这颗路过的恒星将近85%的柯伊伯带天体踢出了太阳系。研究人员解释说,那些没有被喷射出来的卫星形成了不规则的卫星。

Pfalzner说,这些模拟的结果“完全出乎意料”。这个模型的一个优点是它比以前的模型更简单,因为它既可以解释不规则卫星的形成,也可以解释柯伊伯带天体的行为。此外,恒星穿越是相当普遍的——银河系中大约有1.4亿颗恒星可能经历过这样的飞越。

然而,并不是每个人都同意这项研究的结论。没有参与这项研究的博克指出,“如此近距离的穿越,即使是在我们的太阳系处于一个恒星团的时代,从概率的角度来看,似乎是不太可能的。一个足够近的恒星相遇,捕捉到巨行星周围的不规则卫星,也可能扰乱巨行星的轨道——足以让我们今天在它们的轨道上看到这些影响。”