Lodowe rubieże naszego układu
Pas Kuipera stanowi trzecią strefę Układu Słonecznego, rozciągającą się od orbity Neptuna do około 50 jednostek astronomicznych od Słońca. Jedna jednostka astronomiczna odpowiada odległości Ziemi od naszej gwiazdy. Według szacunków NASA w tym rejonie znajdują się miliony lodowych obiektów, z których setki tysięcy mają średnicę przekraczającą 160 kilometrów. Niektóre z nich, jak chociażby Pluton, osiągają nawet ponad 1600 kilometrów średnicy. Ten odległy region to coś więcej niż tylko kosmiczne składowisko lodowych głazów. Podobnie jak pas planetoid między Marsem a Jowiszem, Pas Kuipera jest pozostałością z wczesnej historii naszego układu, choć ma kształt grubszego dysku przypominającego obwarzanka. To właśnie w tej kosmicznej zamrażarce mogą kryć się informacje o tym, jak wyglądał Układ Słoneczny miliardy lat temu.
Czytaj też: Gigantyczny rozbłysk w odległej galaktyce. Astronomowie obserwują kosmiczny spektakl trwający od 2018 roku
Badacze z Princeton zastosowali algorytm DBSCAN – narzędzie do grupowania danych oparte na gęstości – do przeanalizowania orbit obiektów w klasycznym Pasie Kuipera. Wewnętrzne jądro zlokalizowano w odległości około 43 jednostek astronomicznych od Słońca, tuż obok struktury odkrytej już w 2011 roku przez zespół Petit, znajdującej się na 44 AU. Co wyróżnia nowo odkrytą strukturę, to niezwykle kołowe orbity jej obiektów. Ich ekscentryczność – miara określająca, jak bardzo orbita odbiega od idealnego koła – wynosi zaledwie 0,01-0,06, z dyspersją około 0,025. To znacznie mniej niż w przypadku „starego” jądra z 2011 roku. Jak komentuje główny autor badania, Amir Siraj:
Tego rodzaju orbitalny spokój jest przejawem bardzo starej, nienaruszonej struktury
Tak stabilne orbity sugerują, iż wewnętrzne jądro przetrwało miliardy lat bez znaczących zakłóceń grawitacyjnych. To trochę jak znalezienie nienaruszonego artefaktu archeologicznego: obiekty w tej strukturze mogą pamiętać czasy, gdy planety-olbrzymy dopiero zajmowały swoje obecne pozycje.
Pojedyncza struktura czy podwójna?
Pojawia się jednak zasadnicze pytanie: czy wewnętrzne jądro to rzeczywiście odrębna struktura, czy może rozszerzenie już znanego jądra? Sami badacze przyznają, że rozróżnienie między nimi zależy od parametrów algorytmu grupowania. Gdy naukowcy zmodyfikowali warunki analizy, granica między obiema strukturami stała się mniej wyraźna. Wewnętrzne jądro zawiera około 7-10% wszystkich klasycznych obiektów Pasa Kuipera, co czyni je znaczącym składnikiem tego regionu. Jego „zimniejszy” rozkład ekscentryczności – zarówno pod względem zakresu, jak i dyspersji – wyraźnie odróżnia go od otoczenia. Badacze rozważają dwa możliwe scenariusze: albo jądro odkryte w 2011 roku jest znacznie większe niż wcześniej sądzono, albo rzeczywiście mamy do czynienia z dwoma odrębnymi strukturami powstałymi w różnych okolicznościach.
Czytaj też: Kometa 3I/ATLAS okazała się gościem z głębi galaktyki. NASA pokazała niezwykłe zdjęcia kosmicznego wędrowca
Jak mogła uformować się tak nietypowa struktura? Jednym z potencjalnych wyjaśnień jest „skokowa migracja Neptuna”, czyli zjawisko, w którym ta lodowa planeta-olbrzym nie przemieszczała się płynnie na swoją obecną orbitę, lecz robiła to skokowo, w nagłych ruchach. Taki scenariusz mógłby wyjaśnić powstanie zarówno jądra z 2011 roku, jak i nowo odkrytego wewnętrznego jądra. Odkrycie to może rzucić światło na fundamentalne pytania dotyczące ewolucji naszego systemu planetarnego. Jak przemieszczały się gigantyczne planety w pierwszych milionach lat? Przez jakie środowiska międzygwiezdne przechodził młody Układ Słoneczny? Jakie warunki panowały w czasach, gdy planety dopiero się formowały? Wewnętrzne jądro może stanowić klucz do odpowiedzi na te pytania.
Rozstrzygnięcie tych wątpliwości przyniosą dopiero przyszłe obserwacje. Observatorium Very C. Rubin i jego Legacy Survey of Space and Time powinny dostarczyć wystarczająco dużo danych, by ostatecznie potwierdzić istnienie struktury i określić, czy rzeczywiście mamy do czynienia z dwoma odrębnymi tworami. Do tego czasu naukowcy będą musieli zadowolić się analizą dostępnych informacji i budowaniem modeli teoretycznych. Badanie zostało opublikowane na serwerze arXiv i pokazuje, jak zaawansowane algorytmy uczenia maszynowego mogą pomóc w odkrywaniu struktur ukrytych w ogromnych zbiorach danych astronomicznych.