جسمی میان‌ستاره‌ای احتمالاً مدار چهار سیاره منظومه شمسی را تغییر داده است

طبق مطالعه‌ای جدید، جسمی غول‌پیکر احتمالاً زمانی از منظومه شمسی بازدید کرده و محله کیهانی ما را با تغییر شکل مدارهای چهار سیاره خارجی، به‌طور دائمی تغییر داده است. این یافته می‌تواند به ما کمک کند تا بفهمیم چرا مسیر این سیارات ویژگی‌های خاصی دارند.

ستاره‌شناسان دهه‌هاست که درباره چگونگی تشکیل سیارات منظومه شمسی بحث کرده‌اند. بااین‌حال، بیشتر فرضیه‌ها بر نوع مداری که سیارات باید داشته باشند توافق دارند: دایره‌هایی که به‌صورت هم‌مرکز در اطراف خورشید و در یک صفحه قرار دارند؛ طوری که اگر از کنار به آنها نگاه کنید، فقط یک خط خواهید دید. اما هیچ‌کدام از هشت سیاره، از جمله زمین، مدارهای کاملاً دایره‌ای ندارند. علاوه‌بر این مسیر سیارات نیز دقیقاً روی یک صفحه قرار نمی‌گیرد.

مسیرهای چهار سیاره غول‌پیکر خارجی شامل مشتری، زحل، اورانوس و نپتون، در مقایسه با عطارد که مدار آن در خانواده سیارات ما بیشترین شکل تخم‌مرغی و کج را دارد، انحرافات جزئی از مدارهای ایده‌آل را نشان می‌دهند.

«رنو مالهوترا»، دانشمند سیاره‌شناسی در «دانشگاه آریزونا» و یکی از نویسندگان همکار مطالعه جدید در ایمیلی به لایوساینس نوشت: «توضیح این اختلافات کوچک در مدار سیارات همیشه چالش‌برانگیز بوده است. مسئله‌ای که از مدت‌ها پیش برای اخترفیزیک نظری وجود دارد، این است که چگونه مدارها بعداً از حالت گرد خارج شده و از صفحه میانگین خود به میزان نه زیاد و نه کم کج شدند. درحالی‌که تحقیقات قبلی روی چگونگی تعاملات بین این سیارات و تغییر شکل مدارهایشان تمرکز کرده‌اند، فرضیات موجود با جزئیات مهم مشاهده‌شده در مدارها سازگار نیستند.»

برای حل معما، مالهوترا و همکارانش سناریوی کمتر بررسی‌شده‌ای را در نظر گرفتند: اینکه یک جسم به اندازه ستاره، حدود ۴ میلیارد سال پیش مسیر این سیارات را تغییر داده است.

تیم پژوهشی با استفاده از مدل‌های کامپیوتری چهار سیاره بیرونی، ۵۰هزار شبیه‌سازی از چنین عبورهایی را انجام داد؛ درحالی‌که برخی پارامترهای هر بازدیدکننده، از جمله جرم، سرعت و نزدیکی آن به خورشید را تغییر می‌داد. محققان همچنین جست‌وجوی خود را نسبت به مطالعات قبلی گسترش دادند و اجرام بسیار کوچک‌تری نسبت به ستاره‌ها، حتی در اندازه مشتری را نیز در نظر گرفتند. آنها همچنین به بررسی موقعیت‌هایی با عبور بسیار نزدیک پرداختند و بر سناریوهایی تمرکز کردند که در آن بازدیدکننده تا ۲۰ واحد نجومی (AU) از خورشید نزدیک می‌شد. (یک AU تقریباً معادل ۱۵۰ میلیون کیلومتر و تقریباً به اندازه فاصله متوسط زمین تا خورشید است.)

اگرچه بیشتر شبیه‌سازی‌ها شرایطی بسیار متفاوت از منظومه شمسی کنونی ایجاد کردند، محققان دریافتند که در حدود یک درصد از شبیه‌سازی‌های انجام شده، عبور بازدیدکننده مدار سیارات غول‌پیکر را به حالت کنونی آنها تغییر داد. اجرام بازدیدکننده در این ملاقات‌های نزدیک به‌طور مستقیم وارد منظومه شمسی شدند، از مدار اورانوس فراتر رفتند و حتی برخی مسیر عطارد را نیز لمس کردند. البته این اجرام نسبتاً کوچک بودند و بین دو تا ۵۰ برابر مشتری جرم داشتند.

از آنجایی که بسیاری از شبیه‌سازی‌های نزدیک، جسمی سیاره‌مانند را در منظومه شمسی داخلی قرار دادند، محققان ۱۰هزار شبیه‌سازی اضافی شامل سیارات سنگی نیز اجرا کردند. در این موارد نیز اجرام گذری که قبلاً مدار سیارات غول‌پیکر را به حالت کنونی آنها تغییر داده بودند، ظاهر کنونی منظومه شمسی را بازسازی کردند.

واقع‌گرایانه‌ترین نتیجه‌ی تولیدشده در شبیه‌سازی‌ها، شامل یک جسم با هشت برابر جرم مشتری بود که به فاصله ۱٫۶۹ AU از خورشید نزدیک می‌شد. این فاصله تنها کمی بیشتر از مدار فعلی مریخ با ۱٫۵ AU از خورشید است.

شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهند که فقط جسمی زیرستاره‌ای کافی بود تا مسیر سیارات غول‌پیکر تغییر کند. زیرا مشاهدات نشان می‌دهند که اجسام زیرستاره‌ای در کیهان نسبتاً فراوان هستند، بنابراین بازدیدهای چنین اجسامی ممکن است رایج‌تر از عبور ستاره‌ها باشد.

مطالعه‌ی محققان که هنوز داوری همتا نشده، ماه دسامبر در پایگاه داده آرکایو به‌صورت پیش‌انتشار منتشر شد.