یک «ساختار بسیار قدیمی و دست‌نخورده» ممکن است فراتر از مدار نپتون، در فاصله ۴۳ واحد نجومی (AU) از خورشید کشف شده باشد
اگر تأیید شود، این ساختار می‌تواند اولیه باشد
اشیای کمربند کایپر ثبت‌شده توسط هابل.
اعتبار تصویر: NASA، ESA، SwRI، JHU/APL، تیم جست‌وجوی KBOهای نیو هورایزن
تیمی که به بررسی دینامیک اجسام در کمربند کایپر، ناحیه حلقوی از اجسام یخی واقع در فاصله‌ی بسیار دور از مدار نپتون، می‌پردازد، معتقد است شواهدی برای «ساختار بسیار قدیمی و دست‌نخورده» در منظومه شمسی ما یافته‌اند.
بخش باقی‌مانده این مقاله پشت دیوار پرداختی قرار دارد. لطفاً برای دسترسی به محتوای کامل وارد شوید یا اشتراک بگیرید.
در حالی که ابر اورت که تصور می‌شود بین ۵٬۰۰۰ تا ۱۰۰٬۰۰۰ واحد نجومی (AU) از خورشید قرار داشته باشد، هنوز فرضی است، ما بیش از ۳٬۱۰۰ جسم در کمربند کایپر، که خانه‌ای برای پلوتو، ماکمیک، ایریس و آرروکوت است، مشاهده کرده‌ایم.
«کمربند کایپر در حاشیه‌های بیرونی منظومه شمسی، خارج از مدار نپتون، واقع شده است. گاهی به آن «منطقهٔ سوم» منظومه گفته می‌شود. ستاره‌شناسان بر این باورند که میلیون‌ها جسم کوچک و یخی در این ناحیه وجود دارند – از جمله صدها هزار جسم که عرض بیش از ۶۰ مایل (۱۰۰ کیلومتر) دارند. برخی از این اجسام، از جمله پلوتو، بیش از ۶۰۰ مایل (۱٬۰۰۰ کیلومتر) عرض دارند.» ناسا دربارهٔ این کمربند که بین ۳۰ تا ۵۰ واحد نجومی (AU) از خورشید واقع است، توضیح می‌دهد که یک AU برابر متوسط فاصلهٔ زمین تا خورشید است.
«مشابه نوار سیارک‌ها، کمربند کایپر نیز منطقه‌ای از باقی‌مانده‌های دورهٔ اولیهٔ منظومه شمسی است. همانند نوار سیارک‌ها، این کمربند نیز توسط یک سیارهٔ عظیم شکل گرفته است، هرچند که به‌جای یک نوار باریک، بیشتر شبیه یک دیسک ضخیم (مانند دونات) است.»
در سال ۲۰۱۱، تیمی از ستاره‌شناسان توزیع مداری ۱۶۹ شیء فراتر از نپتون (TNO) را به‌دقت بررسی کردند و دریافتند که این اشیا یک جمعیت یکتا و ساده نیستند، بلکه می‌توانند به سه گروه متمایز تقسیم شوند. «ما می‌بینیم که نوار کلاسیک یک ناحیه پیچیده با زیرساختارهایی است که فراتر از تقسیم‌بندی معمول به نواحی داخلی (داخل رزونانس ۳:۲ [MMR])، اصلی (بین ۳:۲ و ۲:۱ MMR) و بیرونی (بیرون ۲:۱ MMR) می‌روند.» تیم مذکور در مقاله‌اش که در The Astronomical Journal منتشر شد، توضیح داد.
«نوار کلاسیک اصلی (a = ۴۰–۴۷ واحد نجومی) باید با حداقل سه بخش مدل‌سازی شود: بخش «گرم» با توزیع شیب‌گیری گسترده و دو بخش «سرد» (تحریک‌شده و هسته) با توزیع شیب‌گیری بسیار باریک‌تر.»
از جمله موارد جالب توجه و مرتبط با پیش‌چاپ جدید مقاله، بخشی است که آنها آن را «هسته» نامیده‌اند.
جمعیت سرد نشان‌دهندهٔ یک گروه‌بندی بسیار قوی در باندی با ضخامت حدود ۱ واحد نجومی است که مرکز آن در ۴۴ واحد نجومی (که ما «هسته» می‌نامیم) قرار دارد. چگالی عددی خطی (#/AU) اجسام «سرد» کمربند از لبهٔ داخلی در ۴۲٫۴ واحد نجومی تا حداکثر حدود ۴۴٫۴ واحد نجومی افزایش می‌یابد و همهٔ آنها بیاضیّت‌های نسبتاً کمی دارند.
پشت ۴۴٫۴ واحد نجومی، چگالی عددی خطی به‌وضوح کاهش می‌یابد و TNOهای کلاسیک تمایل به داشتن بیضی‌یت‌های بالاتری دارند؛ مدل CFEPS‑L7 از یک جمعیت «تحریک‌شده» استفاده می‌کند که بازهٔ ۴۲٫۴–۴۷ واحد نجومی را با یک پارامتر واحد پوشش می‌دهد. ما ایدهٔ این جز سرد را به‌عنوان اولیه (اشیا تقریباً در فواصل هلیوسنتریک فعلی خود شکل گرفته‌اند) بر‌گزیده می‌دانیم، اگرچه این ضروری نیست.
از زمان آن مطالعه، هیچ زیرساختار دیگری در کمربند کایپر کشف نشده است. اما در یک مقالهٔ جدید که هنوز بازبینی همتا نشده است، تیمی از دانشمندان دانشگاه پرینستون بر این باورند که شاید شواهدی از «هستهٔ داخلی» پیدا کرده باشند. این تیم ۱٬۶۵۰ جسم کمربند کایپر را با استفاده از الگوریتم خوشه‌بندی مبتنی بر چگالی به نام DBSCAN بررسی کرد؛ ابتدا دیدند که آیا این الگوریتم می‌تواند هسته را شناسایی کند و سپس «اگر بله، آیا به‌طور همزمان سایر خوشه‌ها را نیز شناسایی می‌کند؟»
اگرچه برای به‌دست‌آوردن شواهد بیشتر جهت حمایت یا رد این ساختار که «هستهٔ داخلی» نامیده می‌شود، باید منتظر مشاهدات بیشتری باشیم، تیم بر این باور است که شاید یک خوشهٔ اولیهٔ جدید در حدود ۴۳ واحد نجومی شناسایی کرده باشد.
به‌علاوه بر این‌که در محور نیم‌معرفی کوچکتر (a تقریباً ۴۳ واحد نجومی) نسبت به هسته (a تقریباً ۴۴ واحد نجومی) قرار دارد، هستهٔ داخلی توزیع بیضی‌یت آزاد سردتری نسبت به هسته دارد، هم از نظر پراکندگی توزیع ریلِی که بهترین توصیف‌کنندهٔ آن است (حدود ۰٫۰۲۵) و هم از نظر دامنه کلی (۰٫۰۱−۰٫۰۶). تیم در مقالهٔ خود توضیح می‌دهد: «در نتیجه، هستهٔ داخلی می‌تواند محدودیت‌های سخت‌تری نسبت به هسته در خصوص میزان حرارت‌دار شدن دینامیکی که کمربند کایپر می‌توانست در طول شکل‌گیری و تکامل منظومه شمسی تحمل کند، ارائه دهد.»
چیزی که به‌ویژه جالب است این است که ساختار پیشنهادی بیاضیّت بسیار کمی دارد. به زبان ساده، مدار آن تقریباً کاملاً دایره‌ای است.
«این نوع آرامش مداری نشانهٔ ساختار بسیار قدیمی و دست‌نخورده‌ای است»، امیر سراج، اخترفیزیک‌دان پژوهشگر در دانشگاه پرینستون و نویسندهٔ اصلی مقاله، به نیو ساینتست توضیح داد: «ساختاری که می‌تواند سرنخ‌هایی برای تکامل منظومه شمسی، نحوهٔ جابه‌جایی سیارات عظیم در مدارهایشان، نوع محیط‌های بین‌ستاره‌ای که منظومه شمسی از آن عبور کرده است، و همهٔ چیزهایی که دربارهٔ روزهای اولیهٔ منظومه شمسی می‌توانند به ما بگویند.»
«نحوهٔ شکل‌گیری هستهٔ داخلی واضح نیست»، تیم اضافه می‌کند. «جابجایی ناگهانی نپتون می‌تواند توضیحی برای هسته باشد که ممکن است برای هستهٔ داخلی نیز صادق باشد.»
اگرچه این مطالعه جالب است، اما برای کسب اطلاعات بیشتر باید منتظر مشاهدات بیشتری باشیم.
«هنوز مشخص نیست که هستهٔ داخلی ادامه‌ای از هسته است یا ساختار متمایزی»، تیم اشاره می‌کند. «مشاهدات آینده، از جمله آن‌هایی که توسط رصدخانهٔ ورا سی. روبین در پروژهٔ Legacy Survey of Space and Time (LSST) انجام می‌شود، ممکن است شواهد بیشتری برای وجود این ساختار فراهم آورد و شاید سؤال دربارهٔ دو ساختار متمایز را حل کند.»
این مطالعه در سرویس پیش‌چاپ arXiv منتشر شده است.
[H/T: نیو ساینتست]