«ساختار بسیار قدیمی و دست‌نخورده» ممکن است در خارج از مدار نپتون، در فاصلهٔ ۴۳ واحد نجومی از خورشید کشف شده باشد

اگر تأیید شود، این ساختار می‌تواند اولیه باشد.

تیمی که به دینامیک اجرام در کمربند کوییپر، ناحیهٔ حلقه‌ای از اجسام یخی بسیار فراتر از مدار نپتون می‌پردازد، بر این باور است که شواهدی برای «ساختار بسیار قدیمی و دست‌نخورده» در منظومهٔ شمسی خود یافته‌اند.

در حالی که ابر اورت، که گمان می‌شود بین ۵٬۰۰۰ تا ۱۰۰٬۰۰۰ واحد نجومی (AU) از خورشید فاصله داشته باشد، هنوز یک فرضیه است، ما بیش از ۳٬۱۰۰ جسم را در کمربند کوییپر، خانهٔ پلوتو، ماکیماک، ایریس و آرروکاث، مشاهده کرده‌ایم.

«کمربند کوییپر در نواحی بیرونی منظومهٔ شمسی ما، فراتر از مدار نپتون واقع شده است. گاهی آن را «منطقهٔ سوم» منظومه می‌نامند. اخترشناسان بر این باورند که در این ناحیه میلیون‌ها جسم کوچک و یخی وجود دارد — از جمله صدها هزار جسم که بزرگتر از ۶۰ مایل (۱۰۰ کیلومتر) هستند. برخی از این اجسام، از جمله پلوتو، بیش از ۶۰۰ مایل (۱٬۰۰۰ کیلومتر) عرض دارند»، ناسا درباره این کمربند که بین ۳۰ تا ۵۰ واحد نجومی از خورشید قرار دارد توضیح می‌دهد؛ یک واحد نجومی میانگین فاصلهٔ زمین تا خورشید است.

«مشابه کمربند سیارکی، کمربند کوییپر ناحیه‌ای از باقی‌مانده‌های تاریخ اولیهٔ منظومهٔ شمسی است. همانند کمربند سیارکی، این کمربند نیز توسط یک سیارهٔ عظیم شکل گرفته است، هرچند که به‌جای یک کمربند نازک، یک دیسک ضخیم (مانند دونات) است».

در سال ۲۰۱۱، تیمی از اخترشناسان توزیع مداری ۱۶۹ جسم فراتر از نپتون (TNO) را به‌دقت بررسی کردند و دریافتند که این اجرام یک جمعیت یکتا و ساده نیستند، بلکه می‌توان آن‌ها را به سه گروه متمایز تقسیم کرد.

«ما دریافتیم که کمربند کلاسیک یک ناحیه پیچیده با زیرساختارهایی است که فراتر از تقسیم‌بندی معمول به بخش‌های داخلی (درون رزونانس حرکتی ۳:۲)، اصلی (بین رزونانس ۳:۲ و ۲:۱) و خارجی (بیرون رزونانس ۲:۱) می‌باشد»، تیم در مقاله‌ای که در «Astronomical Journal» منتشر شد توضیح داد.

«کمربند کلاسیک اصلی (a = ۴۰–۴۷ AU) باید با حداقل سه مؤلفه مدل‌سازی شود: مؤلفهٔ «گرم» با توزیع شیب‌گیری گسترده و دو مؤلفهٔ «سرد» (دسته‌های تکان‌خورده و هسته) که توزیع شیب‌گیری بسیار باریک‌تری دارند».

به‌ویژه مورد توجه و مرتبط با مقالهٔ پیش‌چاپ اخیر، مؤلفه‌ای است که آنها «هسته» نامیده‌اند.

«جمعیت سرد یک باند به‌خصوص قوی از حدود ۱ واحد نجومی ضخامت نشان می‌دهد که در ۴۴ AU متمرکز است (که ما آن را «هسته» می‌نامیم). چگالی عددی خطی (عدد/AU) اجسام «سرد» کمربند از لبه داخلی در ۴۲.۴ AU تا حداکثر حدود ۴۴.۴ AU افزایش می‌یابد و همه آن‌ها دارای بیضوی‌های نسبتاً کم هستند»، تیم ادامه داد.

«پس از ۴۴.۴ AU، چگالی عددی خطی به‌وضوح کاهش می‌یابد و TNOهای کلاسیک تمایل به داشتن بیضوی‌های بالاتر دارند؛ مدل CFEPS-L7 از یک جمعیت «تکان‌خورده» استفاده می‌کند که بازهٔ ۴۲.۴–۴۷ AU را با پارامتر واحد پوشش می‌دهد. ما ایدهٔ این مؤلفهٔ سرد را که اولیه (اشیاء تقریباً در فاصله‌های فعلی خود شکل گرفته‌اند) می‌دانیم، ترجیح می‌دهیم، هرچند این الزامی نیست.»

از زمان آن مطالعه، زیرساختار دیگری در کمربند کوییپر یافت نشده است. اما در یک مقالهٔ جدید که هنوز به مرور علمی نرسیده، تیمی از دانشمندان دانشگاه پرینستون معتقدند که ممکن است «هستهٔ داخلی» را شناسایی کرده باشند. این تیم ۱۶۵۰ جسم کمربند کوییپر را با الگوریتم خوشه‌بندی مبتنی بر چگالی به نام DBSCAN بررسی کرد؛ ابتدا سعی کرد که هسته را شناسایی کند و سپس «اگر موفق شد، آیا به‌طور همزمان خوشه‌های دیگری را نیز شناسایی می‌کند؟»

اگرچه برای تأیید یا رد این ساختار، که «هستهٔ داخلی» نامیده می‌شود، باید منتظر مشاهدات بیشتری باشیم، تیم بر این باور است که ممکن است یک خوشهٔ اولیه جدید در حدود ۴۳ AU شناسایی کرده باشد.

«علاوه بر این که در محور نیم‌بزرگ‌محور کوچکتری (a ∼ ۴۳ AU) نسبت به هستهٔ اصلی (a ∼ ۴۴ AU) قرار دارد، هستهٔ داخلی توزیع بی‌نظمی آزاد سردتری نسبت به هسته دارد؛ چه از نظر انحراف توزیع ریلی که حدود ۰.۰۲۵ است و چه از نظر بازه کلی (۰.۰۱–۰.۰۶). به‌عبارت دیگر، هستهٔ داخلی ممکن است محدودیت‌های سخت‌تری نسبت به هسته برای درجهٔ گرم‌شدگی دینامیکی که کمربند کوییپر می‌توانست در طول شکل‌گیری و تکامل منظومهٔ شمسی تحمل کند، فراهم کند»، تیم در مقاله خود توضیح می‌دهد.

نکتهٔ جالب در این مورد، بی‌نظمی کم این ساختار پیشنهادی است. به‌عبارت ساده، مدار آن بسیار دایره‌ای است.

«این نوع آرامش مداری نشانهٔ یک ساختار بسیار قدیمی و دست‌نخورده است»، امیر سیرج، ستاره‌شناس دانشگاه پرینستون و نویسندهٔ اصلی مقاله، برای New Scientist توضیح داد؛ «ساختاری که می‌تواند سرنخی دربارهٔ تکامل منظومهٔ شمسی، جابه‌جایی سیارات عظیم در مدارهایشان، نوع محیط‌های بین‌ستاره‌ای که منظومهٔ شمسی از آن گذر کرده است و کلیهٔ جوانب ابتدایی منظومهٔ شمسی را روشن سازد.»

«چگونگی شکل‌گیری هستهٔ داخلی واضح نیست»، تیم افزود. «جابجایی پرش‌گونه نپتون می‌تواند توضیحی برای هستهٔ اصلی باشد که ممکن است برای هستهٔ داخلی نیز صادق باشد.»

اگرچه این مطالعه جالب است، اما برای شناخت بیشتر باید منتظر مشاهدات بیشتری باشیم.

«هنوز مشخص نیست که هستهٔ داخلی گسترشی از هستهٔ اصلی است یا ساختاری متمایز»، تیم اشاره می‌کند. «مشاهدات آتی، از جمله آن‌هایی که توسط رصدخانهٔ Vera C. Rubin Observatory در چارچوب برنامهٔ Legacy Survey of Space and Time (LSST) انجام می‌شود، ممکن است شواهد بیشتری برای وجود این ساختار فراهم کند و شاید سؤال این‌که آیا دو ساختار متمایز وجود دارد را برطرف سازد.»

این مطالعه در سرور پیش‌چاپ arXiv منتشر شده است.

[H/T: New Scientist]