Аррокот — как объект пояса Койпера приобрел свой необычный вид

Транснептуновый объект Аррокот, также известный как Ultima Thule, который космический зонд НАСА New Horizons миновал в первый день 2019 года, мог значительно изменить свою форму в первые 100 миллионов лет с момента своего образования.

В выпуске журнала Nature Astronomy исследователи под руководством Китайской академии наук и Института исследований солнечной системы Макса Планка (MPS) предполагают, что нынешняя форма Аррокота, напоминающая сплющенного снеговика, может иметь эволюционное происхождение из-за дегазации.

Их расчеты помогают понять, что текущее состояние тел на краю Солнечной системы может рассказать нам об их первоначальных свойствах.

Многие миллионы тел, населяющих пояс Койпера за орбитой Нептуна, еще не раскрыли многие из своих секретов.

В 1980-х годах космические аппараты Pioneer 1 и 2, а также Voyager 1 и 2 пересекли этот регион, но не имели необходимых камер на борту. Космический аппарат New Horizons отправил на Землю первые изображения с самого дальнего края Солнечной системы: летом 2015 года фото карликовой планеты Плутон и три с половиной года спустя транс-нептунового объекта размером около 30 километров.

Тело, которое еще не было официально названо, в то время было названо Ультима Туле, в честь самой северной точки суши на Земле. В конце концов, транснептуновый объект — это наиболее удаленное от Солнца тело, которое когда-либо посещалось и изображение которого было получено с помощью искусственного зонда.

Особенно странная форма Аррокота произвела фурор в первые дни после пролета. Тело представляет собой контактную двойную систему, которая считается результатом низкоскоростного слияния двух отдельных тел, которые сформировались близко друг к другу.

Он состоит из двух связанных долей, из которых меньшая часть слегка приплюснута, а большая — сильно приплюснута, создавая впечатление раздавленного снеговика. В своей текущей публикации ученые исследуют, как появилась эта форма. Выраженная двулопастная форма также известна по некоторым кометам. Однако нет другого известного тела, более плоского, чем Аррокот. Он уже выглядел так, когда появился? Или форма его развивалась постепенно?

«Нам нравится думать о поясе Койпера как о регионе, где время более или менее остановилось с момента зарождения Солнечной системы», — объясняет Ладислав Резак из MPS, один из авторов данной публикации. Более чем в четырех миллиардах километров от Солнца тела пояса Койпера остались замороженными и неизменными, таково общее мнение.

-Изображения Аррокота, сделанные New Horizon, бросают вызов этой идее своей внешне гладкой поверхностью без признаков частых кратеров и своеобразной сплющенной формой. Ученые предполагают, что Солнечная система образовалась 4,6 миллиарда лет назад из пылевого диска: частицы этой туманности собирались во все более крупные сгустки; эти сгустки сталкивались и сливались в еще более крупные тела. «Пока нет объяснения, как такое плоское тело, как Аррокот, могло появиться в результате этого процесса», — говорит Ладислав Резак.

Другая возможность заключается в том, что Аррокот изначально имел более привычную форму. Он мог формироваться как слияние сферического и сплющенного тела во время своего появления и только постепенно стал сплющенным.

Более ранние исследования предполагают, что во время формирования Солнечной системы регион, где расположен Арррокот, мог быть отдельной средой в холодной, затененной пылью средней плоскости внешней туманности. Низкие температуры позволили летучим компонентам, таким как окись углерода и метан, замерзнуть на пылинках и образовать планетезимали.

Когда туманная пыль рассеялась после образования Аррокота, солнечное излучение должно было повысить его температуру и, следовательно, быстро отогнать конденсированные летучие вещества. Странная форма Аррокота была бы естественным результатом из-за благоприятной комбинации его большого наклона, небольшого эксцентриситета и изменения скорости потери массы с солнечным потоком, что привело бы к почти симметричной эрозии между северным и южным полушариями.

«Чтобы тело могло так сильно изменить свою форму, как Аррокот, его ось вращения должна быть ориентирована особым образом», — объясняют астрономы.

В отличие от оси вращения Земли, ось Аррокота почти параллельна плоскости орбиты. Во время своего 298-летнего обращения вокруг Солнца одна полярная область Аррокота постоянно обращена к Солнцу почти половину времени, а другая — от него. В регионах на экваторе и более низких широтах преобладают суточные колебания круглый год.

Из-за этого полюса сильно нагреваются, так что замороженные газы выходят оттуда наиболее эффективно, что приводит к сильной потере массы. Процесс уплощения, скорее всего, произошел на ранней стадии эволюции тела и протекал довольно быстро в масштабе времени от одного до 100 миллионов лет в присутствии сверхлетучих льдов в приповерхностных слоях. Вдобавок ученые последовательно продемонстрировали, что индуцированные крутящие моменты будут играть незначительную роль в изменении спинового состояния планетезималей во время фазы потери массы.

Сколько таких «сплюснутых снеговиков» находится в поясе Койпера, зависит в первую очередь от вероятности того, что тело имеет наклон оси вращения, подобный наклону оси вращения Аррокота, и от количества сверхлетучих льдов, присутствующих рядом с его недрами.

Есть основания полагать, что даже такие объекты, как Аррокот, содержали значительное количество сверхлетучих веществ, которые улетучились во время его ранней эволюции. Например, Плутон из-за своего размера и большей силы тяжести даже сегодня удерживает газы окиси углерода, азота и метана. В случае тел меньшего размера эти летучие вещества давно бы улетели в космос.