Badania przeprowadzone przez uczonych z Southwest Research Institute (SwRI) i Observatoire de la Cote d’Azur pozwoliły na znalezienie wyjaśnienie jednej z tajemnic obiektów krążących poza orbitą Neptuna. Dowiedziano się przy tym wiele o dysku protoplanetarnym, z którego powstał Układ Słoneczny. Wyniki zostały 27 listopada opublikowane w tygodniku Nature.

Pas Kuipera to obszar Układu Słonecznego rozciągający się poza orbitą Neptuna i zawierający miliardy lodowych obiektów o rozmiarach od kilku do tysiąca kilometrów. Pierwszy taki obiekt odkryto w 1992 roku, a od tego czasu skatalogowano ich prawie 1000. Niektóre z nich są całkiem duże, największy ma średnicę przeszło tysiąca kilometrów.

Kiedy astronomowie badali strukturę Pasa, natknęli się na zagadkę. Uważa się, że podobnie jak planety, obiekty Pasa Kuipera powstały poprzez łączenie zderzających się mniejszych obiektów. Aby ten proces mógł działać, obszar za Neptunem powinien zawierać przeszło dziesięć razy więcej materii niż masa Ziemi. Przeprowadzone obserwacje teleskopowe pokazują, że zawiera on zaledwie jedną dziesiątą masy Ziemi lub jeszcze mniej.

Aby rozwiązać tę zagadkę uczeni przez wiele lat szukali procesu, który mógłby spowodować usunięcie z Pasa Kuipera 99 procent jego pasy. Jednak dr Harold Levison (SwRI w USA) oraz dr Alessandro Morbidelli (Observatoire de la Cote d’Azur of Nice we Francji) napisali w swoim artykule pod tytułem „Powstanie Pasa Kuipera przez transport na zewnątrz jego obiektów w czasie migracji Neptuna” („Forming the Kuiper Belt by the Outerward Transport of Objects During Neptune’s Migration„), że Pas mógł w ogóle nie tracić swojej masy.

„Problem zmniejszenia masy przez jakiś czas stał nam ością w gardle” – powiedział Levison, uczony z SwRI. „Wszystko wskazuje na to, że znaleźliśmy możliwe rozwiązanie„.

Levison i Morbidelli twierdzą, że protoplanetarny dysk, z którego powstały planety, planetoidy i komety miał kiedyś swoją krawędź w pobliżu obecnego położenia orbity Neptuna (30 jednostek astronomicznych od Słońca), a rejon obecnie zajmowany przez Pas Kuipera był pusty. Wszystkie obiekty, które w nim obecnie obserwujemy powstały znacznie bliżej Słońca i zostały przetransportowane na zewnętrz w czasie późniejszych etapów powstawania planet.

Uczeni od 20 lat wiedzą, że orbity planet olbrzymów zmieniły się od czasu ich powstania. W szczególności Uran i Neptun powstały bliżej Słońca i migrowały na zewnątrz układu planetarnego. Levison i Morbidelli dowodzą, że Neptun w czasie tej migracji wypchnął na zewnątrz obiekty obecnego Pasa Kuipera.

„Tak naprawdę nie rozwiązaliśmy problemu zaniku masy, my go obeszliśmy” – powiedział Levison.

Według tego modelu, wewnątrz obszaru o promieniu 30 jednostek astronomicznych znajdowało się dosyć materii aby móc wyjaśnić powstanie obiektów Pasa. Mechanizm wykorzystujący Neptuna do wypchnięcia ich na zewnątrz zadziałał tylko na niektóre z nich. Stały się one tym, co teraz obserwują astronomowie. Pozostałe zostały przez Neptuna wyrzucone z Układu Słonecznego. Nowa teoria wyjaśnia wiele obserwowanych cech zewnętrznych części naszego układu planetarnego, w tym charakterystykę orbit obiektów Pasa Kuipera i położenie Neptuna.

„Jedną z zagadek migracji Neptuna jest dlaczego się ona zakończyła” – powiedział Morbidelli. „Nasz model wyjaśnia to. Neptun migrował tak długo, aż osiągnął krawędź dysku protoplanetarnego, potem zatrzymał się„.