Исследование проливает больше света на формирование и эволюцию карликовой планеты Хаумеа

Карликовая планета Хаумеа (Haumea) находится в поясе Койпера за орбитой самой дальней планеты Нептун. Хаумеа, также известная как 2003 EL61, необычна по нескольким причинам.  

Обнаруженная в 2003 году, она вращается намного быстрее, чем что-либо другое такого же размера, вращаясь вокруг своей оси всего за 4 часа.

Из-за быстрого вращения она имеет форму мяча для регби, а не сферы. Размеры Хаумеа — примерно диаметр Плутона «вдоль» и в два раза меньше — «поперёк». Хаумеа классифицируется как плутоид, транснептуновый объект.

Уникальная среди крупных объектов пояса Койпера, она почти равномерно (> 90%) покрыта водяным льдом.

У Хаумеа есть по крайней мере две луны, Хииака и Намака. Карликовой планете требуется 285 лет, чтобы совершить один оборот вокруг Солнца.

Как появилось нечто столь странное, как Хаумеа и ее спутники?

«Чтобы объяснить, что случилось с Хаумеа, мы вынуждены ограничить по времени все то, что происходило во время формирования Солнечной системы», — говорит профессор Стив Деш, автор исследования.

Хаумеа находится слишком далеко, чтобы точно измерить ее с помощью наземного телескопа, и ни одна космическая миссия не посещала карликовую планету, поэтому данных мало.

Таким образом, для изучения Хаумеа и других малоизвестных миров ученые используют компьютерные модели, чтобы делать прогнозы, заполняющие пробелы в знаниях.

Исследователи начали с того, что ввели в свои модели только три элемента информации: расчетный размер и массу Хаумеа и ее быстрый четырехчасовой день.

Модели выдают точный прогноз размера Хаумеа, ее общей плотности, а также плотности и размера ее ядра, среди других характеристик.

Затем авторы ввели эту информацию в математические уравнения, которые помогли им рассчитать количество льда на Хаумеа и объем карликовой планеты.

Кроме того, они рассчитали, как распределяется масса Хаумеа и как это влияет на вращение.

Имея в руках эту информацию, они попытались смоделировать миллиарды лет эволюции, чтобы увидеть, какая комбинация черт маленькой Хаумеа превратится в зрелую карликовую планету, которой она является сегодня.

«Мы хотели понять Хаумеа фундаментально, прежде чем вернуться назад во времени», — говорят ученые. Они предположили, что начальная Хаумеа была на 3% массивнее, чем члены семьи, которые когда-то были еа частью.

Они также предположили, что Хаумеа, вероятно, имеет другую скорость вращения и больший объем.

Затем ученые слегка меняли одну из этих функций в своих моделях — например, увеличивали или уменьшали размер Хаумеа — и провели десятки симуляций, чтобы увидеть, как небольшие изменения в первые годы повлияют на эволюцию Хаумеа.

Когда симуляции выдали результаты, напоминающие сегодняшнюю Хаумеа, ученые поняли, что получили историю, которая соответствовала действительности.

Основываясь на своем моделировании, исследователи выдвинули гипотезу о том, что, когда планеты только формировались, Хаумеа столкнулась с другим объектом.

Ученые предполагают, что осколки от столкновения не являются той семьей Хаумеа, которую мы видим сегодня. Такое мощное столкновение отбросило бы осколки Хаумеа на гораздо более отдаленные орбиты.

«Семейство Хаумеа, которое мы видим сегодня, вместо этого появилось позже, когда структура карликовой планеты формировалась: плотный каменистый материал оседал к центру, в то время как более легкий лед поднимался на поверхность», — говорят исследователи.

«А когда вы концентрируете всю массу на оси, это уменьшает момент инерции, поэтому Хаумеа в конечном итоге вращалась даже быстрее, чем сегодня».

Ученые подсчитали, что достаточно быстро лед отбрасывался от поверхности, образуя семейство спутников.

Тем временем скалы Хаумеа, которые, как и все горные породы, слегка радиоактивны, выделяли тепло, которое растопило часть льда, создав океан под поверхностью (которого больше нет). Вода впиталась в скалистый материал в центре Хаумеа и заставила его набухнуть в большое ядро ​​из глины, которая менее плотна, чем скала.

Более крупное ядро ​​увеличило момент инерции и, таким образом, замедлило вращение Хаумеа до ее нынешней скорости.

Результаты были опубликованы в Planetary Science Journal.