19.10.2018

Новооткрытый седноид 2015 TG387 прилетел из внутреннего облака Оорта

В статье, опубликованной 28 сентября на сайте электронных препринтов arXiv.org, группа американских астрономов, возглавляемая Скотом Шеппардом, сообщила об открытии третьего объекта из группы седноидов. В афелии он удаляется от Солнца больше чем на 2000 а. е., а это значит, что он залетает во внутреннее облако Оорта. Обозначенный 2015 TG₃₈₇, он позволил лучше оценить массу и заселенность этой зоны. Также ученые пришли к выводу, что параметры его орбиты (как и орбит других известных объектов облака Оорта) не противоречат существованию гипотетической девятой планеты – суперземли на окраинах Солнечной системы.

В первой половине XX века астрономы стали понимать, что в Солнечной системе должен быть какой-то источник «новых» комет: поскольку при каждом пролете мимо Солнца комета лишается части своего вещества (благодаря чему образуются комы и хвосты, и мы видим кометы), то за миллиарды лет все кометы давно бы испарились. Вполне естественно предположить, что где-то за орбитой Нептуна (радиус которой равен ~30 астрономических единиц, а. е.; 1 а. е. ≈ 150 млн км – среднее расстояние от Земли до Солнца) находится много небольших ледяных тел, которые при определенных условиях могут пополнять ряды комет. Эту идею в 1930-х годах высказал эстонский астроном Э. Эпик, а в 1950 году Ян Оорт написал статью с более детальным ее изложением (J. Oort, 1950. The structure of the cloud of comets surrounding the Solar System and a hypothesis concerning its origin). Если исходить из распределения параметров орбит долгопериодических (с периодом больше 200 лет) комет, то эти тела должны формировать сферическое облако, которое располагается очень далеко от Солнца и планет: по современным оценкам его внутренний радиус равен ~2000 а. е., а простирается оно до 100 000 а. е. (а это полтора световых года!) или даже дальше. Сейчас его называют облаком Оорта. Его внешнюю границу можно считать и границей Солнечной системы, так как там гравитационное и физическое влияние Солнца становятся почти незаметными. В 1980-х годах было высказано предположение о том, что облако Оорта имеет более сложную структуру: его внутренняя более плотная часть имеет форму относительно плоского диска (см. Hills cloud), который ограничен радиусом ~20 000 а.е., а внешняя сферическая часть расположена снаружи от этого диска.

По разным оценкам в облаке Оорта от 100 миллиардов до 2 триллионов ледяных объектов, обращающихся по разным относительно стабильным орбитам вокруг Солнца. Но эта стабильность довольно легко может быть нарушена гравитационным воздействием со стороны пролетающей мимо звезды (одна из таких звезд – звезда Шольца, которая, вероятно, пролетела близко от Солнца примерно 70 000 лет назад), галактического прилива и т. д. В таком случае некоторые из тел облака Оорта могут изменить свои орбиты и устремиться в сторону Солнца – считается, что так появляются долгопериодические кометы. Эти кометы имеют сильно вытянутые орбиты (с большим эксцентриситетом) и они обычно наблюдаются во внутренней области Солнечной системы всего один раз (из-за очень большого периода). У некоторых комет орбиты могут вообще оказаться параболическими или гиперболическими (эксцентриситет ≥1) – они покидают Солнечную систему. У короткопериодических комет период обращения вокруг Солнца меньше 200 лет и, чаще всего, их орбиты лежат близко к плоскости эклиптики. Эти кометы (по крайней мере, сейчас) в основном прилетают из так называемого рассеянного диска (а некоторые – из пояса Койпера или даже из более близких областей Солнечной системы).

Однако все эти рассуждения – во многом лишь теоретические, поскольку основаны они на разных оценках распределения орбитальных параметров (которые и сами могли быть определены не очень точно) относительно небольшого числа (десятков или сотен) комет. Прямые наблюдения ядер будущих комет на таком большом расстоянии пока невозможны. Тем не менее, сейчас мы уже совершенно точно знаем, что там что-то есть. И это не долгопериодические кометы и некоторые астероиды с чрезвычайно вытянутыми орбитами, которые были замечены во внутренней части Солнечной системы и сейчас летят обратно (см. список тел с большими афелиями на этой странице), – их к объектам облака Оорта не относят, поскольку после посещения окрестностей Солнца и планет орбиты этих тел могут сильно меняться. Важно, чтобы тело не приближалось к «зоне планет»: у него должен быть не только большой афелий, но и большой перигелий.

Первым детально описанным объектом облака Оорта стала Седна (M. Brown et al., 2004. Discovery of a Candidate Inner Oort Cloud Planetoid). Эта малая планета, открытая в 2003 году, получила свое имя в честь богини инуитов и эскимосов (малые планеты из рассеянного диска, пояса Койпера и облака Оорта часто получают имена в честь богов, связанных с водой или холодом). Обладая диаметром около 1000 километров и сильно вытянутой орбитой с периодом обращения примерно 11 400 лет, она максимально приближается к Солнцу на 76 а. е., а в афелии удаляется от него на 936 а.е. Вторым был открыт объект 2012 VP₁₁₃ (C. Trujillo, S. Sheppard, 2014. A Sedna-like body with a perihelion of 80 astronomical units) с перигелием ~80 а. е. и афелием ~446 а. е. Скорее всего, он меньше Седны (радиус оценивается в 400–1000 км). Тут нужно оговориться, что хотя оба этих объекта по удаленности не дотягивают до предполагаемой внутренней границы облака Оорта (которая оценивается в ~2000 а. е.) и их пока относят к седноидам (объектам с перигелиями >50 а. е.), некоторые астрономы считают, что допустимо их относить ко внутреннему облаку Оорта, – ничего «лучше» все равно нет.

В конце сентября группа американских ученых, уже давно занимающихся поисками транснептуновых объектов и открывших первые два седноида, объявила об открытии третьего такого объекта, получившего обозначение 2015 TG₃₈₇. 13 октября 2015 года с помощью 8,2-метрового телескопа Субару, расположенного в обсерватории Мауна-Кеа на Гавайских островах, состоялось первое наблюдение этого объекта: его заметили в ходе длительного наблюдения за участком неба площадью 2130 квадратных градусов, целью которого как раз был поиск новых седноидов, а также – гипотетической девятой планеты.

Центр малых планет присваивает малым телам обозначения по определенному протоколу, официальных «имен» у них нет – слишком маленькие. Объект должен наблюдаться минимум две ночи. Если его не удается сопоставить с уже известным объектом, то присваивается уникальное обозначение, состоящее из последовательности цифр и букв: сначала записывается год первого наблюдения, а после пробела – две буквы и опциональный подстрочный цифровой индекс. Первая буква обозначает половину месяца (буква A соответствует промежутку с 1 по 15 января, B – 16–31 января, ..., Y – 16–31 декабря, причем буквы I и Z не используются), вторая буква – номер открытия в этом месяце (A – 1, Z – 25, буква I опять не используется). Если количество объектов, открытых за какую-нибудь половину месяца, превысит 25, то вторые буквы используются по кругу с добавлением числового индекса, который равен числу пройденных «кругов». Например, 26-й объект, открытый во второй половине февраля будет обозначен DA1, 50-й – DZ1, а 51-й – DA2.

Таким образом, обозначение 2015 TG₃₈₇ соответствует 9295-му по счету объекту, открытому с 1 по 15 октября 2015 года. По первым буквам его неофициально прозвали «Гоблин» (The Goblin): приближался Хэллоуин, а в пресс-релизе всегда лучше написать красивое название.

В момент первого наблюдения 2015 TG₃₈₇ (рис. 1) находился на расстоянии 80 а. е. от Солнца. По результатам измерения его яркости предполагается, что это ледяное тело диаметром около 300 км с альбедо примерно 15%. При более поздних многократных наблюдениях были установлены параметры его орбиты, оказавшейся достаточно стабильной: перигелий ~65 а. е., афелий ~2037 а. е (рис. 2). Параметры перигелия (величина и направление) сходны с таковыми у двух других седноидов и еще нескольких транснептуновых объектов, что позволяет объединить их в одну группу (M. E. Brown, 2017. Observational bias and the clustering of distant eccentric Kuiper belt objects). Однако, как признают авторы, для полной уверенности в существовании «кластера по перигелиям» требуется найти больше тел со сходными орбитами, поскольку пока у нескольких объектов, которые можно было бы отнести к внутреннему облаку Оорта, погрешности определения орбит слишком высоки.

Орбиту 2015 TG₃₈₇ проверили на стабильность в ряде компьютерных симуляций, учитывавших гравитационное воздействие известных тел Солнечной системы, галактические приливы и соседние звезды. Если не учитывать экстремальные сценарии, то скорее всего эта карликовая планета была в составе Солнечной системы с самого начала и останется ее частью до тех пор, пока не случится что-то катастрофическое.

В результате компьютерных симуляций было установлено, что тела с подобными параметрами орбиты (большая полуось ~1190 а. е., перигелий ~65 а. е.) слишком тусклые для наблюдений 99,5% времени. Исходя из этого и используя данные об открытых седноидах, можно примерно оценить распределение тел в облаке Оорта, а также его массу и заселенность. Ученые пришли к выводу, что во внутреннем облаке Оорта преобладают тела, у орбит которых большая полуось превосходит 1000 а. е., а их плотность в этой зоне остается примерно постоянной при удалении от Солнца. Предполагается, что количество объектов размером более 40 км в этой зоне составляет около 2×10⁶ штук, что соответствует 10²² кг суммарной массы – это близко к массе пояса Койпера.

Также ученые пишут, что новооткрытый седноид отлично уживается с предполагаемой планетой X. Отметим, что здесь речь идет только о модельных вычислениях орбит, и никаких прямых подтверждений тому, что в Солнечной системе есть еще одна планета, пока нет. В упоминавшейся статье 2014 года, посвященной открытию 2012 VP₁₁₃ Скоттом Шеппардом была предложена модель, в которой объекты внутреннего облака Оорта сосуществуют с суперземлей (тела с массой до 10 земных) удаленной приблизительно на 250 а. е. от Солнца. В 2016 году вышла статья с уточнением орбиты такого тела и указанием ее возможного эксцентриситета и наклонения (K. Batygin, M. Brown, 2016. Evidence for a distant giant planet in the solar system). По данным новых компьютерных расчетов, известные тела из внутреннего облака Оорта и некоторые другие транснептуновые объекты остаются на своих орбиты, если включить в симуляцию планету X с указанными параметрами. Более того, ее присутствие объясняет наблюдаемый разброс параметров орбиты, тогда как в сценариях без этой планеты их воспроизвести не удалось (но, видимо, и не очень пытались).

Таким образом, открытие нового седноида помогает более точно установить параметры внутренней части облака Оорта, а также, при определенной трактовке, дает еще один намек на возможное существование девятой планеты. В 2016 году в интервью газете The Washington Post Шеппард заявил, что на 60% уверен в существовании этой планеты. Сейчас же он поднял свою оценку до 80%. Что ж, подождем еще немного.

Кирилл Власов

Источники:

1. elementy.ru