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研究表明,柯伊伯帶中的超寬雙星可能不是來自最早的太陽系


研究表明,柯伊伯帶中的超寬雙星可能不是來自最早的太陽系


柯伊伯帶示意圖 。大型天體是太陽、木星、天王星、海王星和土星 。在它們之外是各種分類的柯伊伯帶中的物體 。以AU為單位 。距離是按比例的,但太陽和行星點不是 。來源:維基百科通過CC BY-SA 3.0
據美國物理學家組織網(David Appell):自從1930年冥王星被發現后不久,科學家們就一直在努力了解太陽系柯伊伯帶的構成和演化,這讓研究人員很忙 。特別是,那里的二元物體對作為指標很有用,因為它們今天的存在描繪了40億年前太陽系早期演化的能量或暴力程度 。
研究人員仔細觀察了超寬(分離)雙星的演化,包括了更多的物理學,揭示了它們的結構和展開 。他們發現,這些超寬雙星可能并不像人們所認為的那樣是在原始太陽系中形成的 。他們的研究發表在《自然天文學》上 。
美國俄克拉荷馬大學的亨特·M·坎貝爾說:“在太陽系的外圍,存在著一個如此廣泛分離的雙星系統群體 , 似乎值得研究它們是否可以在不以某種方式[完全]分離的情況下存活40億年 ?!?。
“如果它們形成于早期的柯伊伯帶 , 并存活了這么長時間,你就可以得出一系列關于太陽系早期演化的能量或暴力程度的結論 ?!?br>柯伊伯帶是太陽系的環形區域,包含星子和太陽系形成后留下的較小天體 。它始于海王星的軌道 , 平均距離太陽30個天文單位(AU),延伸至約55 AU,與地球黃道平面傾斜10°以內 。
它的質量比小行星帶大20到200倍,由太陽系形成的小殘骸組成——大多數是由甲烷、氨和水等分子組成的冰揮發物 。它里面有矮行星冥王星、厄里斯、奧庫斯等 。據認為,有超過10萬個直徑超過100公里的柯伊伯帶天體 。
柯伊伯帶的一個子集中的冷經典柯伊伯帶天體是一類軌道在海王星軌道之外不受干擾的小天體;這些物體是原始的,保存著關于太陽系形成的信息 。在太陽系早期,海王星從太陽向外遷移時,它們從未遷移過 。該地區擁有最多的超寬雙星系統(UWBs)——該地區近三分之一的物體是雙星系統,與另一個物體有引力結合 , 其中百分之幾是超寬雙星,物體直徑約為100公里,但相距數萬公里 。
坎貝爾說:“過去的許多工作都研究了由與經過的物體碰撞驅動的二元進化 。” ?!拔覀兊墓ぷ骺疾炝艘_動驅動的進化 。”
盡管它們很罕見 , 也很容易受到干擾,但今天的UWB已被用來限制它們在早期太陽系中與海王星的最小距離 , 以及今天柯伊伯帶中公里大小的海王星外天體(TNO)的大致數量 。
然而,人們隱含地認為,UWB的結構及其寬間距來自早期的原始太陽系 。但坎貝爾和他的團隊想知道,最初是否存在緊密結合的雙星,它們通過與TNO的碰撞,在漫長的歲月中失去了對彼此的部分控制,盡管仍然結合在一起,但它們的分離進化到了超寬 。
然而,研究表明,現代柯伊伯帶中經過或撞擊的TNO數量太少,無法顯著產生UWB種群 。
隨著海王星遠離太陽(從24天文單位遷移到30天文單位),其中一些天體會動態擴散,直到它們開始與太陽系的巨型外行星發生強烈相互作用,然后被拋出太陽系或被困在奧爾特云中 。
大約99%到99.9%的原始帶星子被認為是從動態的柯伊伯帶中彈出的,柯伊伯星是在離太陽更近的地方形成的 , 并在被海王星推出時遷移到現在的軌道上 。由于受影響的原始帶天體至少需要1000萬年才能被移除,坎貝爾和他的同事們想知道,包括這些受干擾的TNO的許多冷經典帶交點是否可能比現代觀測推斷的要高得多,這將使雙星系統暴露在更大的引力擾動之下 。
這確實是他們對柯伊伯帶演化的模擬所發現的 。UWBs似乎不是原始的,所以它們不能像人們所認為的那樣約束早期的太陽系 。
坎貝爾說:“從我們的發現來看,這些擾動似乎非常顯著 , 以至于那些寬的雙星可能無法存活很長時間 ?!?。
“但擾動也能夠使更多的寬雙星形成,緩慢地將最初更緊密、更穩定的雙星進一步拉開 , 直到它們變寬 ?!?br>通過讓早期的雙星從這些不同的TNO路徑經過40億年的飛行,他們發現“在我們的模擬中,將更緊密的TNO雙星擴展為UWB排列并不罕見 ?!?br>他們計算出,在太陽系40億年的跨度內,TNO通道將使多達10%的中等緊密雙星變寬為UWB 。但這一結果并不適用于更嚴格的二進制文件 。
坎貝爾說:“隨著越來越多的柯伊伯帶雙星被發現,我們對廣泛的雙星群體有了更好的了解 , 我們可以縮小對柯伊伯皮帶演化和驅動它的巨型行星的限制 。” 。
正如在其他恒星系統中看到的類似的KB盤一樣,“如果我們更多地了解我們的恒星系統是如何形成的,我們就可以更多地了解其他恒星系統是怎樣形成的,并猜測可能潛伏在那里的其他行星是什么 , 否則很難看到 ?!?br/>