یک «ساختار بسیار قدیمی و دست‌نخورده» ممکن است در خارج از مدار نپتون، در فاصله ۴۳ واحد نجومی (AU) از خورشید کشف شده باشد
در صورت تأیید، این ساختار ممکن است اولیه باشد.
اشیای کمربند کوییپر توسط هابل ثبت شده.
اعتبار تصویر: ناسا، ESA، SwRI، JHU/APL، تیم جستجوی KBO پروژهٔ نیو هورایزن
یک تیم پژوهشی که به بررسی دینامیک اجسام در کمربند کوییپر، ناحیهٔ حلقوی از اجسام یخی واقع در فاصله‌ای بسیار دور از مدار نپتون می‌پردازد، بر این باورند شواهدی برای وجود «ساختار بسیار قدیمی و دست‌نخورده» در منظومهٔ خورشیدی خود یافته‌اند.
در حالی که ابر اورت که گمان می‌رود در فاصلهٔ ۵٬۰۰۰ تا ۱۰۰٬۰۰۰ واحد نجومی (AU) از خورشید قرار داشته باشد هنوز به‌صورت نظری باقی مانده است، ما بیش از ۳٬۱۰۰ جرم را در کمربند کوییپر مشاهده کرده‌ایم؛ جایی که پلوتو، ماکمیک، ایریس و آرروکوت در آن ساکنند.
«کمربند کوییپر در حاشیهٔ بیرونی منظومهٔ خورشیدی ما، فراتر از مدار نپتون، واقع شده است. گاهی به این ناحیه «منطقهٔ سوم» منظومهٔ خورشیدی نیز می‌گویند. ستاره‌شناسان بر این باورند که میلیون‌ها جسم کوچک یخی در این ناحیه وجود دارد — که صدها هزار مورد از آنها بزرگتر از ۶۰ مایل (۱۰۰ کیلومتر) هستند. برخی از این اجرام، از جمله پلوتو، بیش از ۶۰۰ مایل (۱٬۰۰۰ کیلومتر) عرض دارند»، ناسا دربارهٔ این کمربند توضیح می‌دهد که بین ۳۰ تا ۵۰ واحد نجومی از خورشید قرار دارد، به‌طوری‌که یک واحد نجومی برابر با فاصلهٔ متوسط زمین تا خورشید است.
«مشابه نوار سیارک‌ها، کمربند کوییپر نیز ناحیه‌ای از باقی‌مانده‌های تاریخ اولیهٔ منظومهٔ خورشیدی است. همانند نوار سیارک‌ها، این کمربند نیز توسط یک سیارهٔ عظیم شکل گرفته است، اگرچه به‌جای یک نوار نازک، بیشتر شبیه به یک دیسک ضخیم (مانند دونات) است.»
در سال ۲۰۱۱، تیمی از ستاره‌شناسان توزیع مدار ۱۶۹ جرم عبوری-نپتونی (TNO) را به‌دقت بررسی کردند و دریافتند که این اجرام یک جمعیت یکتا و ساده نیستند، بلکه می‌توانند به سه گروه متمایز تقسیم شوند.
«ما دریافته‌ایم که نوار کلاسیک یک ناحیهٔ پیچیده با زیرساختارهایی است که فراتر از تقسیم‌بندی معمول به ناحیهٔ درونی (درون رزونانس حرکتی ۳:۲)، ناحیهٔ اصلی (بین رزونانس ۳:۲ و ۲:۱) و ناحیهٔ بیرونی (خارج رزونانس ۲:۱) می‌باشد»، این تیم در مقاله خود که در نشریهٔ The Astronomical Journal منتشر شد، توضیح داد.
«نوار کلاسیک اصلی (a = ۴۰–۴۷ واحد نجومی) باید حداقل با سه مؤلفه مدل‌سازی شود: مؤلفهٔ «گرم» با توزیع شیب گسترده و دو مؤلفهٔ «سرد» (مؤلفهٔ «متحرک» و «هسته») با توزیع‌های شیب بسیار باریک‌تر.»
از جمله مواردی که به‌ویژه مورد توجه قرار گرفته و به مقالهٔ پیش‌چاپ اخیر مرتبط است، مؤلفه‌ای است که آنها «هسته» می‌نامند.
«جمعیت سرد یک تجمیع قوی در نوار حدود ۱ واحد نجومی به‌عرض دارد که به‌صورت مرکزی در ۴۴ واحد نجومی (که ما آن را «هسته» می‌نامیم) قرار گرفته است. چگالی عددی خطی (#/AU) اشیای «سرد» کمربند از لبهٔ درونی در ۴۲.۴ واحد نجومی تا حداکثر حدود ۴۴.۴ واحد نجومی افزایش می‌یابد، و همگی با بی‌نظمی‌های نسبتاً کم (اکسنتریکیتی) همراه هستند.»
«پس از ۴۴.۴ واحد نجومی، چگالی عددی خطی به‌وضوح کاهش می‌یابد و TNOهای کلاسیک تمایل به داشتن اکسنتریکیتی بالاتری دارند؛ مدل CFEPS-L7 از جمعیتی «متحرک» استفاده می‌کند که بازهٔ ۴۲.۴ تا ۴۷ واحد نجومی را با پارامتر واحد پوشش می‌دهد. ما نظریهٔ این مؤلفهٔ سرد را اولیه (یعنی اجرام تقریباً در فاصلهٔ خورشیدی فعلی خود شکل گرفته‌اند) می‌پذیریم، اگرچه این لزوماً ضروری نیست.»
از زمان آن مطالعه، زیرساختار دیگری در کمربند کوییپر یافت نشده است. اما در یک مقالهٔ جدید که هنوز مورد داوری همتا قرار نگرفته، تیمی از دانشمندان دانشگاه پرینستون بر این باورند که ممکن است شواهدی از «هستهٔ داخلی» یافته باشند. این تیم ۱٬۶۵۰ جرم کمربند کوییپر را با استفاده از الگوریتم خوشه‌بندی مبتنی بر چگالی به‌نام DBSCAN بررسی کردند؛ ابتدا تلاش کردند ببینند آیا این الگوریتم می‌تواند هسته را شناسایی کند، و سپس «در صورت شناسایی، آیا همزمان خوشه‌های دیگری را نیز تشخیص می‌دهد؟»
اگرچه برای دریافت شواهد بیشتر برای تأیید یا رد این ساختار، که به «هستهٔ داخلی» نامیده می‌شود، نیاز به مشاهدات بیشتری داریم، تیم معتقد است که ممکن است یک خوشهٔ اولیهٔ جدید در حدود ۴۳ واحد نجومی شناسایی کرده باشد.
«علاوه بر اینکه در محور نیمه‌فاصلهٔ اصلی کوچکتری (a ≈ ۴۳ واحد نجومی) نسبت به هسته (a ≈ ۴۴ واحد نجومی) قرار دارد، هستهٔ داخلی توزیع اکسنتریکیتی آزاد سردتری نسبت به هسته نشان می‌دهد، هم از لحاظ پراکندگی توزیع ریلی که بهترین توصیف‌گر آن است (≈ ۰٫۰۲۵) و هم از نظر دامنه کلی (۰٫۰۱ تا ۰٫۰۶)». تیم در مقالهٔ خود توضیح می‌دهد. «در نتیجه، هستهٔ داخلی می‌تواند محدودیت‌های دقیق‌تری نسبت به هستهٔ اصلی ارائه دهد، خصوصاً در مورد میزان گرمایش دینامیکی که کمربند کوییپر ممکن است در طول شکل‌گیری و تکامل منظومهٔ خورشیدی تحمل کرده باشد.»
جالب‌ترین نکته در این مورد، کم بودن اکسنتریکیتی ساختار پیشنهادی است. به زبان ساده، مدار این ساختار تقریباً به‌صورت دایره‌ای کامل است.
«این‌گونه آرامش مداری نشانه‌ای از یک ساختار بسیار قدیمی و دست‌نخورده است»، امیر سیرج، نویسندهٔ اصلی و اخترفیزیک‌دان دانشگاه پرینستون که مقاله را رهبری کرده است، به نیوت ساینتیست توضیح داد: «ساختاری که می‌تواند سرنخ‌هایی دربارهٔ تکامل منظومهٔ خورشیدی، حرکت سیاره‌های عظیم در مدارهایشان، نوع محیط‌های بین‌ستاره‌ای که منظومه خورشیدی از آن عبور کرده است و کلیهٔ جوانب دوران اولیهٔ منظومه را آشکار سازد.»
«نحوهٔ شکل‌گیری هستهٔ داخلی به‌وضوح مشخص نیست»، تیم اضافه می‌کند. «جابجایی پرتحرک نپتون می‌تواند توضیحی برای هسته باشد که احتمالاً برای هستهٔ داخلی نیز صدق می‌کند.»
اگرچه این مطالعه جالب است، برای کسب اطلاعات بیشتر باید منتظر مشاهدات بیشتری باشیم.
«هنوز روشن نیست که آیا هستهٔ داخلی ادامهٔ هستهٔ اصلی است یا یک ساختار متمایز»، تیم اشاره می‌کند. «مشاهدات پیش‌رو، از جمله نظرسنجی ماندگار فضا و زمان (LSST) توسط رصدخانهٔ ورّا سی. روبین، ممکن است شواهد بیشتری برای وجود این ساختار ارائه دهند و شاید پرسش دربارهٔ وجود دو ساختار متمایز را حل کنند.»
این مطالعه در سرور پیش‌چاپ arXiv منتشر شده است.
[سپاس به: نیوت ساینتیست]