Учёные из Центра суперкомпьютерных вычислений Юлиха предложили новое объяснение структуры поясов объектов за орбитой Нептуна. Их численное моделирование показало, что необычное распределение орбит и цветов транснептуновых объектов (ТНО) можно объяснить тем, что в первые миллионы лет существования Солнечной системы мимо неё прошла другая звезда на расстоянии около 110 астрономических единиц (примерно в три раза дальше орбиты Нептуна).
Эти цвета служат условным обозначением: они отображают исходное положение объектов в первичном диске до гравитационного возмущения. Такой приём позволяет проследить, как близкий пролёт звезды мог перераспределить орбиты тел и одновременно сформировать наблюдаемые сегодня связи между их динамикой и спектральными характеристиками.
Такие объекты, как Плутон и его «соседи», являются реликтами раннего этапа формирования планет и представляют собой ключ к пониманию истории Солнечной системы. Но уже десятки лет астрономов озадачивает то, что многие ТНО движутся по вытянутым и наклонным орбитам, а их поверхности «окрашены» в разные оттенки от насыщенно-красного до серо-синего. Простая зависимость цвета от расстояния до Солнца не подтверждается наблюдениями: объекты с похожими орбитами сильно различаются по спектральному уклону.
Авторы статьи предположили, что в первичном газопылевом диске цвета ТНО зависели от расстояния до Солнца — от красных во внутренней части до серых во внешней. Близкий пролёт звезды нарушил структуру диска, из-за чего объекты переместились на новые орбиты. Моделирование показало, что в результате этого красные тела преимущественно остались на низконаклонённых и маловыброшенных орбитах, а серые оказались вытеснены на наклонённые и вытянутые. Такая структура почти в точности повторяет наблюдаемое распределение ТНО по данным крупных обзоров OSSOS и DES.
Например, наблюдения показывают: объекты с сильно наклоненными орбитами (более 21°) и высокими эксцентриситетами (выше 0.42, что указывает на вытянутость орбиты) крайне редко бывают насыщенно-красными. Такие орбиты нетипичны для крупных планет, но характерны для малых тел. В то же время «холодный» пояс Койпера, где орбиты близки к круговым и лежат почти в плоскости эклиптики (основной плоскости орбит планет), преимущественно состоит из ярко-красных объектов. Эта картина хорошо объясняется сценарием пролёта звезды мимо молодой Солнечной системы. Сценарий также предсказывает, что среди далёких транснептуновых объектов (ТНО) с перигелиями свыше 60 а.е. и ретроградных объектов (движущихся против основного направления) красных тел почти не будет — что можно проверить в ближайшие годы с помощью обсерватории Веры Рубин (LSST), которая откроет десятки тысяч новых ТНО. Пролёт звезды также объясняет наблюдаемые сильные перепады скорости на вытянутых орбитах: объекты ускоряются вблизи Солнца и замедляются вдали, следуя законам орбитальной механики.
Отдельно модель также объясняет цвета некоторых спутников планет-гигантов — захваченных объектов, движущихся по нестабильным орбитам. Среди них тоже не обнаружено ярко-красных, и это может быть связано с тем, что они были захвачены из внешней части диска, где доминировали серые тела.
В отличие от альтернативных гипотез, таких как модель нестабильной миграции планет, сценарий пролёта звезды одновременно объясняет как динамику, так и цвета ТНО без необходимости ввода дополнительных параметров. Он также воспроизводит редкость красных объектов в отдалённых и выброшенных популяциях. Если предсказания модели подтвердятся, то это станет сильным аргументом в пользу того, что структура внешней Солнечной системы была определена не только внутренними процессами, но и воздействием извне — пролётом соседней звезды.