研究表明，柯伊伯带中的超宽双星物体可能并非来自最早的太阳系

Josiah02 · 发表于 2024-11-28 00:36:00

自 1930 年冥王星被发现后不久提出假设以来，研究人员一直致力于了解太阳系柯伊伯带的构成和演化。特别是，柯伊伯带的双星对可以作为有用的指标，因为它们今天的存在可以描绘出四十亿年前太阳系早期演化的能量和剧烈程度。
研究人员仔细观察了超宽（分离）双星的演化，并加入了更多物理学知识，揭示了它们的结构和发展过程。他们发现，这些超宽双星可能并非像人们想象的那样是在原始太阳系中形成的。他们的研究成果发表在《自然天文学》杂志上。
美国俄克拉荷马大学的亨特·坎贝尔 (Hunter M. Campbell) 说：“在太阳系的外围，存在着一个双星系统，它们之间的距离非常远，因此有必要研究一下它们是否能够存活 40 亿年而不会以某种方式（完全）分离。”
“如果它们在早期的柯伊伯带形成，并存活了这么久，你就可以得出很多结论，关于太阳系早期的演化有多么剧烈或充满活力。”
柯伊伯带是太阳系中一个环形区域，包含太阳系形成时遗留下来的行星和小天体。柯伊伯带始于海王星轨道附近，平均距离太阳 30 个天文单位 (AU)，延伸至约 55 个天文单位，与地球黄道面的倾斜度在 10° 以内。
它的质量比小行星带大 20 到 200 倍，由太阳系形成时的小残余物组成——大多数是由甲烷、氨和水等分子组成的冰挥发物。它内部有矮行星冥王星、阋神星、奥库斯星等。据认为，直径超过 100 公里的柯伊伯带天体有 100,000 多个。
冷经典柯伊伯带天体是柯伊伯带的一个子集，是一类位于海王星轨道之外、轨道不受干扰的小天体；这些天体非常原始，保存着有关太阳系形成的信息。它们从未像海王星在太阳系早期从太阳向外迁移时那样迁移。该区域拥有最多的超宽双星 (UWB) — 该区域近三分之一的天体是双星，通过引力与另一个天体结合，其中百分之几是超宽双星 (UWB)，天体直径约为 100 公里，但相距数万公里。
坎贝尔说：“过去许多研究都探讨了双星与路过天体的碰撞所导致的演化。而我们的研究则探讨了引力扰动所导致的演化。”
尽管超宽带天体十分稀有且易受干扰，但如今它们已被用来限制早期太阳系中它们与海王星的最小距离，以及当今柯伊伯带中千米大小的海王星外天体 (TNO) 的大致数量。
然而，人们一直隐含地认为，间距较大的超宽双星的结构来自早期的原始太阳系。但坎贝尔和他的团队想知道，最初是否可能存在紧密结合的双星，这些双星在漫长岁月中与 TNO 发生碰撞，彼此失去了部分联系，尽管它们仍然紧密结合，但它们之间的距离却发展到超宽。
然而，研究表明，现代柯伊伯带中经过或撞击海王星外天体的数量太少，不足以显著产生超宽频带。
当海王星远离太阳（从 24 天文单位移至 30 天文单位）时，其中一些物体动态扩散，直到它们开始与太阳系的巨型外行星发生强烈相互作用，然后被弹出太阳系或被困在奥尔特云中。
大约 99% 到 99.9% 的原始带行星被认为是从动态柯伊伯带中弹出的，这些物体形成于更靠近太阳的地方，在被海王星推出后迁移到现在的轨道上。由于受影响的原始带物体需要至少 1000 万年才能被移除，坎贝尔和他的同事想知道，如果包括这些受干扰的 TNO 的许多冷经典带交叉点，其数量是否可能远远高于现代观测推断的数量，这将使双星受到更大的引力扰动。
这正是他们对柯伊伯带演化的模拟所发现的。超宽带星系团似乎并非原始星系，因此它们无法像人们想象的那样限制早期太阳系。
坎贝尔说：“从我们的研究结果来看，这些扰动似乎相当显著，以至于这些宽双星很可能无法存活很长时间。”
“但扰动也能形成更多的宽双星，慢慢地将最初更紧密、更稳定的双星拉得更远，直到它们变宽。”
通过对早期双星从不同的TNO路径进行四十亿年的飞掠，他们发现“在我们的模拟中，更紧密的TNO双星扩展为UWB排列的情况并不罕见。”
他们计算出，在太阳系 40 亿年的跨度内，TNO 通道将使多达 10% 的中等紧密双星扩展为超宽双星。但这一结果并不适用于更紧密的双星。
坎贝尔说：“随着越来越多的柯伊伯带双星被发现，我们对双星数量的广泛了解，我们可以缩小对柯伊伯带和驱动它的巨行星的演化的限制。”
由于在其他恒星系统中也发现了类似的 KB 盘，“如果我们更多地了解我们的恒星是如何形成的，我们就可以更多地了解其他恒星是如何形成的，并猜测可能还有哪些行星潜伏在那里，只是很难被发现。”

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