Транснейптуновые объекты (ТНО) долгое время оставались загадкой для астрономов, ведь эти ледяные тела расположены далеко за орбитой Нептуна и до недавнего времени изучались лишь фрагментарно. Они представляют собой остатки первичного протопланетного диска, сформировавшегося в период рождения и раннего развития Солнечной системы. Однако их необычные орбитальные параметры и цвета породили новые гипотезы о том, какие события могли повлиять на их нынешнее состояние. В центре внимания современной науки сегодня находится влияние древнего звездного пролёта, который оказал значительное воздействие на динамику и внешний вид ТНО. Уникальная способность астрономов использовать цветовую гамму этих объектов для отслеживания следов такого события позволяет заглянуть глубже в историю формирования Солнечной системы и понять процессы, протекавшие миллиарды лет назад.
Транснейптуновые объекты можно условно разделить на несколько категорий, каждая из которых характеризуется специфическими орбитальными параметрами и отражающими свойствами поверхности. Среди них выделяется особенно интересный класс объектов, включающий Плутон — бывшую планету нашей системы, ныне классифицированную как карликовая планета и один из крупнейших представителей ТНО. Эти тела движутся по орбитам с высокой эксцентричностью и наклонённостью относительно эклиптики, что отражает сложную историю их формирования и последующей эволюции. Одним из ключевых аспектов изучения ТНО является их богатство цветов — от серых, нейтральных оттенков до глубоких красных тонов. Анализ данных с помощью современных дальних обзорных исследований, таких как OSSOS и Dark Energy Survey, позволил выявить уникальные закономерности в распределении цветов, которые тесно связаны с их орбитальными характеристиками.
Химический состав поверхности объектов, проявляющийся через эти цветовые вариации, объясняется присутствием разных видов льда и сложных органических веществ. Наибольший интерес вызывают так называемые толины — сложные органические соединения, которые образуются под воздействием ультрафиолетового излучения и космического радиационного потока, придавая ТНО их характерный красноватый оттенок. Установлено, что красные объекты чаще встречаются у ТНО с низким наклоном и близкими к круговым орбитам, тогда как серые и голубоватые оттенки — типичны для тел с высокими наклонами и более эксцентричными траекториями. Такая корреляция указывает на то, что распределение цвета связано с происхождением и динамической историей объектов в протопланетном диске. С появлением новой теории, озвученной профессором Сузанне Пфальцнер и её командой из Юлихского Центра Суперкомпьютеров, стало возможным объяснить эти наблюдения с помощью сценария звёздного пролёта, произошедшего в ранние этапы эволюции Солнечной системы.
Согласно их исследованию, опубликованному в Astrophysical Journal Letters, близкое прохождение соседней звезды около молодого Солнца в плотной звёздной группе вызвало значительные возмущения в орбитах транснейптуновых объектов и сформировало сложное цветовое распределение. Подобные звездные скопления, в которых формируются новые звёзды, обладают настолько высокой плотностью, что межзвёздные пролёты на расстояниях порядка сотен астрономических единиц (а.е.) были достаточно частым явлением. По мере миграции и динамического взаимодействия соседних звёзд гравитационное воздействие чуждой звезды на протопланетный диск способно придать некоторым телам эксцентричные и наклонённые орбиты, а также перераспределить химический состав поверхности, изменяя видимый цвет.
Для подтверждения этой гипотезы команда учёных провела масштабные суперкомпьютерные симуляции, моделируя взаимодействие протопланетного диска с звездой массой около 0,8 солнечной массы, проходящей на расстоянии около 110 а.е. от Солнца под углом около 70 градусов к плоскости диска. В модели учитывался изначальный цветовой градиент в протопланетном диске — от красных оттенков вблизи центральной части до более серо-голубых в удалённых регионах, что отражает вероятное варьирование химического состава вещества в ранней Солнечной системе. Результаты симуляций показали, что такой пролёт сформировал характерные спиральные структуры в диске, а гравитационные возмущения индуцировали суб- и супер-Кеплеровские скорости частиц, что привело к отделению и перераспределению тел по орбитам с разными наклонами и эксцентриситетами.
Важным достижением стало воспроизведение моделей орбитальных группировок ТНО, известных астрономам, за исключением резонансных объектов, формировавшихся позже при взаимодействии с Нептуном. Одновременно с динамическими изменениями проявился и прогнозируемый раскрас диска: красные объекты сосредоточились преимущественно у низконаклонённых орбит с меньшими расстояниями перигелия, сохраняя более первичный динамический след, тогда как серые и голубые оттенки преобладали среди тел с высокими наклонами и эксцентриситетами, что полностью совпадает с наблюдаемыми данными. Симуляции, продлившиеся на эквивалент миллиарда лет, показали устойчивость этих закономерностей, хотя со временем разнообразие цветов становилось менее чётким из-за постепенного эволюционного распыления и выброса некоторых красных объектов из Солнечной системы, а также перераспределения их по орбитам. Доказательства, подтверждающие сценарий звёздного пролёта, имеют важное значение для понимания ранней динамики протопланетного диска и формирования внешних частей нашей системы. Они подчёркивают, что солнечная система проходила этапы интенсивных взаимодействий с соседними звёздами, влияющих на структуру и химический состав её внешних тел.
Ожидается, что грядущие наблюдения, особенно при помощи такого мощного инструмента, как обсерватория Вера Рубин и её десятилетний Обзор Наследия Космического Времени (LSST), позволят расширить каталог известных ТНО в десятки раз и обеспечить необходимую статистическую базу для углублённой проверки моделей. Прогнозы, основанные на современных симуляциях, предполагают, что будущие открытые ТНО будут преимущественно обладать светло-красным и серовато-голубыми оттенками, со значительным дефицитом ярко-красных объектов среди дальних тел. Эти наблюдения смогут подтвердить или опровергнуть влияние древнего звездного пролёта на формирование орбит и характеристики транснейптуновых объектов. Изучение цветов ТНО — это не просто попытка классифицировать ледяные тела на окраине нашей системы, а ключ к постижению процессов, которые происходили миллиарды лет назад, в то время, когда Солнце только формировалось в плотной звёздной среде. Анализируя цветовые оттенки, астрономы получают доступ к истории космических взаимодействий, химическим событиям и эволюционным этапам, которые невозможно наблюдать напрямую.
В конечном итоге, такой подход раскрывает более широкую картину формирования планетных систем и напоминает, что наше небесное окружение пережило значительные периоды динамических перемен, сохранив на своих окраинах следы этих трансформаций в виде ярких цветов и необычных орбитальных траекторий.
