Symulacje komputerowe pokazują, że przejście gwiazdy w pobliżu Słońca około 4 mld lat temu mogło ukształtować obecną ostrą granicę na końcu Układu Słonecznego i zaowocować przechwytem obcej planety.

Symulacje przeprowadzono za pomocą superkomputera w Jet Propulsion Laboratory w Pasadenie. Wyniki zostały opublikowane 2 grudnia 2004 przez fizyka Bena Bromleya z Uniwersytetu w Utah i astronoma Scotta Kenyona z Astrofizycznego Obserwatorium Smithsoniańskiego w Massachusetts.

Bromley i Kenyon zasymulowali przejście gwiazdy stosunkowo blisko Słońca – ok. 200 jednostek astronomicznych w okresie kilku milionów lat przed ostatecznym uformowaniem się Układu Słonecznego. W tym czasie istniał rotujący dysk protoplanetarny złożony z gazu, pyłu i okruchów skalnych, a planety nabierały ostatecznego kształtu „zmiatając” ten materiał.

Wyobraźmy sobie spotkanie dwóch młodych układów planetarnych z dyskami kręcącymi się jak piły tarczowe. W momencie zetknięcia ostrza zaczną puszczać snopy iskier, ale dyski protoplanetarne złożone są z wolnych cząstek, więc podczas zderzeń będą rozpraszane we wszystkich kierunkach. „Wszystkie obiekty poruszające się na zewnątrz będą mocno wymieszane” – jak mówi profesor Bromley z Uniwersytetu w Utah.

S&T

Gdy gwiazdy zblżą się bardziej, wówczas wzajemnie oddziałują na swoje dyski protoplanetarne. Skutkuje to zaburzeniemi w ruchu ciał wokół gwiazd.

S&T

Ostatecznie materia z dysków może się wymieszać. Na rysunku widać jak gwiazdy wymieniły się częścią ciał z dysków.

Bromley i Kenyon wnioskują, że ruch dysków i grawitacja gwiazd mogła wywołać następujące efekty:

– Mogła wydłużyć i spłaszczyć kołowe orbity młodych planet. To mogłoby wytłumaczyć krążenie dużego ciała – Sedny, za orbitą Plutona.

– Utworzyć ostrą granicę Układu Słonecznego poprzez rozproszenie obiektów w okolicy zetknięcia dwóch dysków. Gwałtownym zakończeniem miałby być koniec Pasa Kuipera, czyli spadek ilości ciał w nim krążących w odległości około 50 AU od Słońca.

– Ewentualnie mogło mieć miejsce przychwycenie planety z układu planetarnego przechodzącej gwiazdy.

Astronomowie od lat poszukiwali nowych planet w naszym układzie lub krążących wokół innych gwiazd. Niektórzy rozważali możliwość, że „najbliższa planeta pozasłoneczna może znajdować się wewnątrz Układu Słonecznego” – jak też twierdzi Kenyon.

Komputerowe symulacje zbliżeń dwóch gwiazd pokazały, że istnieje szansa na przechwycenie planety z innego systemu. Na podstawie elementów orbit potencjalnie przechwyconych obiektów Bromley i Kenyon oszacowali ich położenia w naszym Układzie. Odnalezienie domniemanych obiektów w wyznaczonych obszarach byłoby dowodem na to, że przechwycenie miało miejsce, jak mówi Bromley. Ma także nadzieję, że astronomowie uważniej przypatrzą się miejscom, gdzie mogą się znajdować „obce” planety.

W odległości 30-50 AU od Słońca – czyli ok. 4,5 mld do 7,5 mld km – krąży kilka obiektów pasa Kuipera o średnicy większej niż 1000 km. Planetoida Sedna, odkryta w 2003 r., przypomina te zimne, lodowo-skalne światy. Tyle że obiega Słońce w odległości od 70 do 100 j.a. Ma ona orbitę mocno nachyloną do płaszczyzny ekliptyki, czyli oznacza to, że nie krąży w tej samej płaszczyźnie co główne obiekty Układu Słonecznego. Jej orbita jest ponadto silnie spłaszczoną elipsą.

Bromley twierdzi, że grawitacja Neptuna wpływa na obiekty pasa Kuipera, ale sama planeta znajduje się za daleko, aby wysłać Sednę na taką dziwną orbitę.

Co zatem spowodowało wydłużony kształt orbity Sedny? Odpowiedź na to pytanie okazała się kluczowa dla badań Bromleya i Kenyona. Ich symulacje pokazały, że istnieje 5-10% szans takiego scenariusza, że Sedna uformowała się wewnątrz Układu Słonecznego, prawdopodobnie bliżej Neptuna niż Plutona, a później została wysłana na swoją obecną orbitę, w wyniku zaburzenia powstałego podczas przejścia innej gwiazdy.

Mniej prawdopodobny, ale nie wykluczony jest scenariusz przechwytu planetoidy, który oszacowano na 1% w wyniku przeprowadzonych symulacji.

„Na krawędzi naszego układu mogą krążyć tysiące obiektów o orbitach takich jak Sedna, zatem wzrasta szansa, że jest tam jakiś przechwycony„, mówi Bromley.

Bromley dodaje także, że gwałtowne zakończenie Pasa Kuipera w odległosci 50 AU nie musi być czymś w jakimkolwiek sensie naturalnym. W szczególności, jeśli nie byłoby zaburzenia wywołanego przejściem gwiazdy, to można by zauważyć stopniowy spadek ilości ciał w Pasie Kuipera z odległością. Symulacje Bromleya i Kenyona pozwalają na tłumaczenie powstania ostrej granicy Pasa Kuipera w obserwowanym miejscu właśnie przejściem gwiazdy.

Czy możliwe jest destrukcyjne spotkanie z następną bliską gwiazdą? Bromley mówi, że szansa na to jest raczej zerowa, ponieważ nie ma już w sąsiedztwie bliskiej gwiazdy. Przeciwnie do sytuacji, która mogła się zdarzyć tuż po uformowaniu Słońca z pierwotnego obłoku, czyli wylęgarni gwiazd.