NASA вивчає походження карликової планети Хаумеа

0
2 073 views
Інтерактивна 3D-модель Хаумеа, карликової планети в поясі Койпера.
Інтерактивна 3D-модель Хаумеа, карликової планети в поясі Койпера.

Використовуючи комп’ютерне моделювання, вчені з NASA зібрали історію про те, як карликова планета Хаумеа, знайдена в поясі Койпера крижаних світів за орбітою зовнішньої планети Нептун, стала одним із найбільш незвичайних об’єктів у Сонячній системі.

Розміром майже з Плутон, Хаумеа є дивною з кількох причин. Вона обертається набагато швидше, ніж будь-що інше такого розміру, обертаючись навколо своєї осі лише за чотири години. Через швидке обертання Haumea має форму сплющеного м’яча, а не сфери. Її поверхня, в основному з водяного льоду, не схожа майже на жодну іншу поверхню в поясі Койпера, за винятком дюжини «побратимів», які мають схожі орбіти, як Хаумеа, і, здається, пов’язані з нею, складаючи єдину відому «сім’ю» об’єктів в поясі Койпера.

«Як виникла така дивна річ, як Хаумеа та її родина?» – питає Джессіка Новіелло, наукиня Центру космічних польотів імені Годдарда НАСА в Грінбелті, штат Меріленд.

Інтерактивна 3D-модель

Це питання надихнуло Новіелло та її колег звернутися до комп’ютерних моделей, які теоретично могли б розібрати Хаумеа на частини та створити її з нуля, щоб зрозуміти хімічні та фізичні процеси, які її сформували.

«Щоб пояснити, що трапилося з Хаумеа, ми змушені обмежити всі ці речі, які відбувалися під час формування Сонячної системи, щоб вона почала пов’язувати все в Сонячній системі», — сказав Стів Деш , професор астрофізики в Університеті штату Арізона в Темпе, який працював з Новіелло та іншими колегами над моделюванням експерименту.

Інтерактивна 3D-модель Хаумеа, карликової планети в поясі Койпера.
Інтерактивна 3D-модель Хаумеа, карликової планети в поясі Койпера.

«У Хаумеа є багато дивовижних частин, — сказав Деш, — і спробувати пояснити їх усі одразу було складним завданням».

Хаумеа надто далеко, щоб точно виміряти її за допомогою земного телескопа, і жодна космічна місія ще не відвідувала його, тому даних мало. Таким чином, щоб досліджувати Хаумеа (та інші маловідомі світи), вчені використовують комп’ютерні моделі, щоб робити прогнози, які заповнюють прогалини.

Дослідники почали з того, що ввели лише три частини інформації у свої моделі: передбачуваний розмір і масу Хаумеа та його швидкий чотиригодинний «день».

Моделі видають уточнений прогноз розміру Haumea, її загальної щільності, щільності та розміру її ядра, серед інших характеристик. Потім Новіелло включила цю інформацію в математичні рівняння, які допомогли їй розрахувати кількість льоду на Хаумеа та об’єм карликової планети. Крім того, вона розрахувала, як розподіляється маса Хаумеа і як це впливає на її обертання. Маючи цю інформацію в руках, вона намагалася змоделювати мільярди років еволюції, щоб побачити, яка комбінація особливостей перетвориться на зрілу карликову планету, якою вона є сьогодні.

«Ми хотіли фундаментально зрозуміти Хаумеа, перш ніж повертатися в минуле», — сказала Новіелло.

Вчені припустили, що дитинча Хаумеа було на 3% масивніше за членів родини, які колись входили до неї. Вони також припустили, що Haumea, ймовірно, мала іншу швидкість обертання та була більшою за об’ємом. Потім вони дещо змінили одну з цих функцій у своїх моделях – наприклад, змінили розмір Haumea вгору або вниз – і провели десятки симуляцій, щоб побачити, як невеликі зміни в перші роки вплинуть на еволюцію Haumea. Коли моделювання показало результати, схожі на сьогоднішню Хаумеа, вчені зрозуміли, що вони попали на історію, яка відповідає реальності.

Гіпотеза

Ґрунтуючись на своєму моделюванні, Новіелло та її колеги висунули гіпотезу, що коли планети тільки формувались і все оберталося навколо Сонячної системи, Хаумеа зіткнулася з іншим об’єктом. Хоча цей удар міг би розбити шматки, Новіелло та її колеги припускають, що ці шматки не є сім’єю Хаумеа, яку ми бачимо сьогодні, як припускали інші вчені. Такий потужний удар, кажуть вони, збив би частини Хаумеа на набагато більш розкидані орбіти, ніж члени родини.

“Натомість родина Хаумеа, яку ми бачимо сьогодні, з’явилася пізніше, коли структура карликової планети набувала форми: щільний кам’янистий матеріал осідав у центрі, а лід меншої щільності піднімався на поверхню, – сказав Деш, – і коли ви концентруєте всю масу на вісь, це зменшує момент інерції, тож Хаумеа обертається навіть швидше, ніж сьогодні».

Досить швидко, підрахували вчені, лід відлетів від поверхні, утворивши родину Хаумеа.

Тим часом скелі Хаумеа, які, як і всі скелі, є злегка радіоактивними, генерували тепло, яке розтопило трохи льоду, утворивши під поверхнею океан (більше його немає), виявив співавтор статті Марк Неве , дослідник NASA Goddard. Вода просочилася в скелястий матеріал у центрі Хаумеа і змусила його розбухнути у велике ядро, зроблене з глини, яка менш щільна, ніж камінь. Більше ядро ​​збільшило момент інерції і таким чином уповільнило обертання Хаумеа до поточної швидкості.