Астрофизики вплотную приблизились к раскрытию тайны происхождения Аррокота (Arrokoth) — уникального объекта на окраине нашей планетной системы, который более четырех миллиардов лет сохраняет свою причудливую форму «космического снеговика». Новое исследование подтверждает гипотезу о том, что это небесное тело возникло в результате деликатного гравитационного коллапса облака твердых частиц еще на заре формирования Солнечной системы.
Аррокот стал сенсацией после того, как в 2019 году мимо него пролетел зонд NASA New Horizons. Снимки запечатлели объект, состоящий из двух соединенных долей. Последующий анализ данных показал идентичность их химического состава, концентрации летучих льдов и возраста поверхности. Это прямо указывает на то, что оба фрагмента зародились одновременно и в абсолютно одинаковых условиях.
Механизм этого процесса долгое время оставался предметом научных дискуссий. Одна группа исследователей отстаивала теорию постепенного сближения двух независимых тел в течение миллионов лет. Другая полагала, что они сформировались практически мгновенно при сжатии вращающегося сгустка материи. Для разрешения этого спора ученые провели серию масштабных компьютерных симуляций.
Источник: NASA
Команда специалистов провела 54 численных эксперимента, используя метод дискретных элементов SSDEM. Эта технология позволяет моделировать динамику частиц с учетом их трения и слипания. В каждой модели рассматривалось облако из 100 тысяч фрагментов, общая масса которых была сопоставима со стокилометровым небесным телом. Подобные структуры были типичны для внешних областей протопланетного диска.
В процессе гравитационного сжатия такие облака начинали вращаться быстрее и зачастую распадались на несколько частей. В большинстве случаев результатом становились одиночные объекты или двойные системы с большим расстоянием между компонентами. Однако в 3% сценариев формировались тесные контактные пары.
Всего в ходе вычислений возникло 834 протопланетных зародыша, из которых 29 стали двойными телами. Изначально они существовали как гравитационно связанные партнеры, вращающиеся друг вокруг друга. Со временем внешние возмущения приводили к потере орбитальной энергии, из-за чего доли медленно сближались до момента соприкосновения.
Эти столкновения происходили на крайне низких скоростях — от 0,4 до 5,8 метра в секунду. Именно такие показатели соответствуют физической прочности поверхности Аррокота. Если бы удар был более мощным, объект получил бы серьезные повреждения или вовсе разрушился, чего не наблюдается в реальности.
_large.png)
Морфология смоделированных тел полностью совпала с обликом Аррокота: асимметричные, вытянутые структуры оказались характерны и для некоторых других астероидов. Исходная скорость вращения в моделях (2,1–3 оборота в сутки) была выше современной, однако ученые полагают, что за миллиарды лет объект замедлился под воздействием микроударов мелких тел.
Ключевую роль играет местоположение Аррокота — так называемый «холодный классический пояс Койпера». Эта удаленная область практически не подвергалась гравитационному влиянию планет-гигантов. Благодаря этому Аррокот превратился в настоящую «капсулу времени», сохранившую в первозданном виде информацию о процессах формирования планет.
Авторы работы заключают: контактные двойные системы могут рождаться непосредственно в результате коллапса пылевых облаков. Более того, в ходе симуляций у некоторых таких объектов появлялись собственные спутники, формируя сложные многокомпонентные структуры, которые мы сегодня наблюдаем за орбитой Нептуна.
При этом подчеркивается, что не все подобные объекты имеют одинаковую историю. Если вблизи Солнца астероиды часто менялись из-за катастрофических столкновений, то Аррокот сохранился в стабильной среде, став живым свидетельством того, как начиналась «сборка» миров. Два скопления реликтового вещества плавно соединились, оставив нам один из самых четких следов ранней истории космоса.
Источник: iXBT
