計(jì)算機(jī)模擬表明:數(shù)十億年前,我們的太陽系還年輕時(shí),有一顆恒星掠過,偷走了我們太陽系的一些物質(zhì),并創(chuàng)造了柯伊伯帶天體的奇怪軌道。
我們怎么知道我們的太陽系是怎么誕生的?天文學(xué)家向外看,看其他恒星系正在形成的過程中。他們還使用現(xiàn)代天文學(xué)的工具--物理學(xué)和高性能計(jì)算機(jī),來創(chuàng)造我們的太陽、地球和其他鄰近行星形成的可能情景。試圖看看他們的計(jì)算機(jī)模型是否與我們在太陽系中觀察到的相吻合。通過這種方式,幾十年來,天文學(xué)家已經(jīng)建立了我們的太陽系從太空中的氣體和塵埃盤演變的情景。但是模型,從來不完全符合現(xiàn)實(shí)。
一個(gè)謎團(tuán)是海王星以外所有天體的累積質(zhì)量,即所謂的柯伊伯帶,比預(yù)期的要小得多。另外,與主要行星的軌道相比,那里的天體大多有傾斜的偏心軌道,而主要行星的軌道多多少少都在一個(gè)平面內(nèi),而且更接近圓形。位于德國波恩的馬克斯普朗克射電天文研究所的蘇珊·法爾茨納(Susanne Pfalzner)和她的同事提出了一項(xiàng)基于計(jì)算機(jī)建模的新研究,顯示了一顆相鄰恒星的近距離飛行。根據(jù)這個(gè)模型,可能發(fā)生在數(shù)十億年前,當(dāng)我們的太陽系正在形成的時(shí)候,可以解釋其中的一些謎團(tuán)。它既可以解釋觀測到的太陽系外部天體稀少的現(xiàn)象,也可以解釋這些天體的偏心、傾斜軌道。
更重要的是,這項(xiàng)新的工作表明,在高傾角處還有許多其他天體有待發(fā)現(xiàn),也許包括假設(shè)的行星X。
普法爾茲納在一份聲明中說:
我們的團(tuán)隊(duì)多年來一直在研究飛行恒星對其他行星系統(tǒng)的影響,從來沒有考慮過我們實(shí)際上可能就生活在這樣一個(gè)系統(tǒng)中。這個(gè)模型的美妙之處在于它的簡單性。
太陽系形成的基本情況早已為人所知:我們的太陽是從一團(tuán)塌陷的氣體和塵埃中誕生的。在這個(gè)過程中,形成了一個(gè)扁平的圓盤,在那里不僅有大的行星生長,還有小行星、矮行星等較小的物體。由于圓盤的平直性,人們會(huì)認(rèn)為行星是在一個(gè)平面上運(yùn)行的,除非后來發(fā)生了什么戲劇性的事情。從太陽系的海王星軌道看,一切似乎都很正常:大多數(shù)行星都是在相當(dāng)圓的軌道上運(yùn)行,它們的軌道傾斜度只有輕微的變化。然而,在海王星之外,事情變得非?;靵y。最大的謎團(tuán)是矮行星賽德納,它在傾斜、高度偏心的軌道上運(yùn)行。
就在海王星的軌道外,又發(fā)生了一件奇怪的事情。所有物體的累積質(zhì)量大幅度下降了近三個(gè)數(shù)量級(jí)。幾乎相同的距離上,所有的東西都變得凌亂不堪。這可能是巧合,但這樣的巧合在自然界中是罕見的。
該圖顯示了一個(gè)0.5太陽質(zhì)量恒星的模擬場景,它接近太陽早期的距離是100個(gè)天文單位--地球與太陽距離的100倍,或者說是太陽和海王星之間距離的3倍。
蘇珊·法爾茨納和她的同事們認(rèn)為,一顆恒星在早期就已經(jīng)接近太陽,“偷走”了太陽原行星盤上的大部分外部物質(zhì),并將剩下的物質(zhì)扔進(jìn)了傾斜和偏心的軌道。他們進(jìn)行了數(shù)千次計(jì)算機(jī)模擬,檢查了當(dāng)恒星非??拷鼤r(shí)會(huì)發(fā)生什么,并干擾了曾經(jīng)更大的圓盤。結(jié)果證明,最適合今天外太陽系的是一顆與太陽質(zhì)量相同或略輕(0.5-1個(gè)太陽質(zhì)量)的擾動(dòng)恒星,并以太陽與海王星距離的3倍處飛過。
這些天文學(xué)家指出,現(xiàn)在,在我們銀河系的區(qū)域里,兩顆恒星的飛過是極其罕見的。然而,像我們的太陽這樣的恒星通常誕生在大量的恒星中,而這些恒星的密度要大得多。因此,恒星間近距離飛行在遙遠(yuǎn)的過去更為普遍。進(jìn)行另一種類型的模擬,研究小組發(fā)現(xiàn),在太陽生命的頭10億年里,有20%到30%的機(jī)會(huì)有一次飛掠的經(jīng)歷。
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