ممکن است یک «ساختار بسیار قدیم و بدون اختلال» فراتر از مدار نپتون، ۴۳ واحد نجومی از خورشید کشف شده باشد

در صورت تأیید، ساختار ممکن است اولیه باشد.

تیمی که به بررسی دینامیک اشیای کمربند کیپر، منطقهٔ حلقوی از اجسام یخی واقع در فاصله‌ای بسیار دور از مدار نپتون می‌پردازد، بر این باورند که شواهدی برای یک «ساختار بسیار قدیم و بدون اختلال» در منظومه شمسی ما یافته‌اند.

بخش دیگر این مقاله پشت دیوار پرداختی قرار دارد. لطفاً برای دسترسی به محتوای کامل وارد شوید یا اشتراک تهیه کنید.

در حالی که ابر اورت، که تصور می‌شود بین ۵,۰۰۰ تا ۱۰۰,۰۰۰ واحد نجومی (AU) از خورشید قرار داشته باشد، هنوز فرضی باقی مانده است، ما بیش از ۳,۱۰۰ شیء در کمربند کیپر مشاهده کرده‌ایم؛ جایی که پلوتو، ماکمیک، اریس و آرروکوت خانه‌شان هستند.

ناسا دربارهٔ کمربند کیپر می‌گوید: «کمربند کیپر در نواحی بیرونی منظومهٔ شمسی، فراسوی مدار نپتون قرار دارد. گاهی به این ناحیه «منطقهٔ سوم» منظومه می‌گویند. ستارشناسان بر این باورند که میلیون‌ها شیء کوچک و یخی در این منطقه وجود دارد – از جمله صدها هزار شیء که قطر آن‌ها بیش از ۶۰ مایل (۱۰۰ کیلومتر) است. برخی از این اشیاء، از جمله پلوتو، بیش از ۶۰۰ مایل (۱٬۰۰۰ کیلومتر) وسعت دارند.» این کمربند بین ۳۰ تا ۵۰ واحد نجومی از خورشید واقع است؛ یک واحد نجومی برابر با فاصلهٔ متوسط زمین تا خورشید است.

«مشابه نوار سیارکی، کمربند کیپر نیز ناحیه‌ای از بقایای اولیهٔ منظومهٔ شمسی است. همان‌طور که نوار سیارکی نیز تحت تأثیر یک سیارهٔ عظیم شکل گرفته است، کمربند کیپر نیز تحت تأثیر سیاره‌ای بزرگ شکل گرفته؛ اما به‌جای یک نوار نازک، بیشتر شبیه یک دیسک ضخیم (مانند دونات) است.»

در سال ۲۰۱۱، تیمی از ستارشناسان توزیع مدار ۱۶۹ شیء فرانپچونی (TNOها) را به‌دقت بررسی کردند و دریافتند که این اشیاء یک جمعیت یکتا و ساده نیستند، بلکه می‌توانند به سه گروه متمایز تقسیم شوند.

این تیم در مقالهٔ خود که در «The Astronomical Journal» منتشر شد، شرح داد: «ما می‌یابیم که کمربند کلاسیک یک منطقهٔ پیچیده با زیرساخت‌های فراتر از تقسیم‌بندی معمول به بخش‌های داخلی (درون رزونانس حرکتی ۳:۲)، اصلی (بین رزونانس‌های ۳:۲ و ۲:۱) و خارجی (بیرون رزونانس ۲:۱) است.»

«کمربند کلاسیک اصلی (a = ۴۰–۴۷ واحد نجومی) باید با حداقل سه مؤلفه مدل‌سازی شود: مؤلفهٔ «گرم» با توزیع گسترده‌ای از انحناهای مداری و دو مؤلفهٔ «سرد» (یکی «تحریک‌شده» و دیگری «هسته‌ای») با توزیع‌های انحنا بسیار باریک‌تر.»

جزء مورد توجه و مرتبط با مقاله پیش‌چاپ اخیر، مؤلفه‌ای است که به آن «هسته» (kernel) گفته شده است.

این تیم ادامه داد: «جمعیت سرد یک تجمع ویژه در باندی با ضخامت حدود ۱ واحد نجومی و مرکزیت در ۴۴ واحد نجومی (که آن را «هسته» می‌نامیم) نشان می‌دهد. چگالی عددی خطی (عدد به‌ازای هر واحد نجومی) اشیاء «سرد» کمربند از لبهٔ داخلی در ۴۲.۴ واحد نجومی تا حداکثر نزدیک ۴۴.۴ واحد نجومی افزایش می‌یابد و همه دارای اکسی‌نتریت‌های نسبتاً کم هستند.»

«پس از ۴۴.۴ واحد نجومی، چگالی عددی خطی به‌وضوح کاهش می‌یابد و TNOهای کلاسیک تمایل به داشتن اکسی‌نتریت‌های بالاتر دارند؛ مدل CFEPS‑L7 از جمعیتی «تحریک‌شده» استفاده می‌کند که دامنهٔ ۴۲.۴ تا ۴۷ واحد نجومی را با یکپارچگی پارامتری پوشش می‌دهد. ما بر این باوریم که این مؤلفهٔ سرد ممکن است اولیه (اَبجکت‌ها تقریباً در فاصلهٔ فعلی خود از خورشید شکل گرفته‌اند) باشد، هرچند این ضروری نیست.»

از زمان آن مطالعه، زیرساختی جدید در کمربند کیپر کشف نشده است. اما در مقاله‌ای تازه که هنوز مورد بازنگری همتا قرار نگرفته، تیمی از دانشمندان دانشگاه پرینستون بر این باورند که ممکن است شواهدی از «هستهٔ داخلی» یافته باشند. این تیم ۱,۶۵۰ شیء کمربند کیپر را با الگوریتم خوشه‌بندی مبتنی بر چگالی به نام DBSCAN بررسی کرد؛ ابتدا سعی کردند ببینند آیا این الگوریتم می‌تواند هسته را شناسایی کند و سپس «اگر بله، آیا همزمان خوشه‌های دیگر را نیز شناسایی می‌کند؟»

اگرچه برای تأیید یا رد این ساختار که «هستهٔ داخلی» نامیده می‌شود، باید منتظر مشاهدات بیشتر باشیم، تیم بر این باور است که ممکن است یک خوشهٔ اولیهٔ جدید در حدود ۴۳ واحد نجومی شناسایی کرده باشند.

این تیم در مقالهٔ خود توضیح می‌دهد: «علاوه بر این که «هستهٔ داخلی» در محور نیمه‌بزرگتر کوچکتر (a ≈ ۴۳ واحد نجومی) نسبت به هسته (a ≈ ۴۴ واحد نجومی) قرار دارد، توزیع اکسنتریت آزاد آن نیز سردتر از هسته است؛ هم از لحاظ پراکنش توزیع ریلی که بهتر توصیف‌کننده‌اش است (≈ ۰.۰۲۵) و هم از لحاظ دامنه کلی (۰.۰۱‑۰.۰۶). به همین دلیل، هستهٔ داخلی می‌تواند محدودیت‌های سخت‌تری نسبت به هسته برای درجهٔ گرمایش دینامیکی که کمربند کیپر می‌توانست در طول شکل‌گیری و تکامل منظومهٔ شمسی تجربه کند، ارائه دهد.»

جالب‌ترین نکته در اینجا، اکسی‌نتریت پایین ساختار پیشنهادی است؛ به زبان ساده‌تر، مدار آن بسیار دایره‌ای است.

آمیر سیرج، نویسندهٔ اصلی و ستاره‌شناس دانشگاه پرینستون که به «New Scientist» توضیح داد: «چنین آرامش مداری نشانهٔ ساختاری بسیار قدیمی و بدون اختلال است؛ ساختاری که می‌تواند سرنخ‌هایی دربارهٔ تکامل منظومهٔ شمسی، نحوهٔ جابه‌جایی سیارات بزرگ در مدارهای خود، نوع محیط‌های بین‌ستاره‌ای که منظومهٔ شمسی از آن عبور کرده است، و تمام جنبه‌های دوران اولیهٔ منظومهٔ شمسی ارائه دهد.»

تیم افزود: «تشکیل هستهٔ داخلی به سادگی قابل تشخیص نیست؛ مهاجرت پرش‌گونه نپتون می‌تواند توضیحی برای هسته باشد که ممکن است برای هستهٔ داخلی نیز صادق باشد.»

اگرچه این مطالعه جذاب است، برای کسب اطلاعات بیشتر باید منتظر مشاهدات تکمیلی باشیم.

تیم اشاره کرد: «هنوز مشخص نیست که هستهٔ داخلی گسترشی از هسته است یا ساختاری متمایز. مشاهدات آینده، از جمله آن‌هایی که توسط پروژهٔ Legacy Survey of Space and Time (LSST) رصدخانهٔ ورا سی. روبین انجام می‌شود، ممکن است شواهد بیشتری دربارهٔ وجود این ساختار ارائه دهد و شاید سؤال اینکه آیا دو ساختار متمایز وجود دارند را رفع کند.»

این مطالعه در سرور پیش‌چاپ arXiv منتشر شده است.

[تشکر: New Scientist]