Крошечный мир 2014 MU69 (Ultima Thule) остался далеко позади межпланетной станции New Horizons, и его больше не увидеть камерами станции. Теперь задача New Horizons — передать свои ценные данные на Землю. Процесс займет 20 месяцев, но лучшие снимки должны появиться до конца февраля. Некоторые из них были переданы космическим аппаратом ранее, спустя несколько часов полета. Это не лучшее, что мы получим (на данный момент разрешение снимков в ~10 раз хуже максимального), но они уже рассказывают нам многое о MU69: это, вероятно, то, на что похожи кометы, прежде чем они станут кометами.
Это пример контактного двойного (contact binary) объекта. «Двойной» означает, конечно, «два объекта», а «контактный» означает, что они находятся в контакте друг с другом. Раздельные двойные очень распространены в Солнечной системе и особенно распространены в поясе Койпера.
Но как может получиться двойная контактная форма? Можно ли предположить, что два вращающихся вокруг общего центра масс тела так мягко сцепляются вместе и просто держатся друг за друга, сохраняя свою первоначальную круглую форму в течение миллиардов лет?
Теоретики формирования солнечной системы долго рассматривали эту проблему, потому что контактные двойные объекты — фактически — самая распространенная форма среди кометных ядер. Первая комета, которую мы увидели вблизи, комета Галлея, имеет такую форму. А также кометы 19P/Борелли, 103P/Хартли и — недавний случай — комета 67P/Чурюмова-Герасименко, которую посетил космический аппарат ESA Rosetta. Другие кометы, изображение которых получено с помощью радара, тоже имеют такую форму.
Мы не знаем наверняка, как такое тело могло образоваться. Одной из предпочитаемых в настоящее время гипотез является планетарное наращивание (Augusto Carbillado написал отличный блог об этом процессе несколько лет назад: planetary.org
Недавняя работа David Nesvorný, Joel Parker и David Vokrouhlický, в которой объясняется, как могла образоваться комета Чурюмова–Герасименко, также может относиться и к MU69. Подводя итоги работы других людей, они предположили, что комета, возможно, изначально была раздельным двойным телом, которое образовалось, когда груда обломков «рухнула» друг на друга под действием собственной силы тяжести. Моделирование показывает, что это возможно, и, более того, очень часто получается двойная пара, где один объект составляет около 75% диаметра (и, следовательно, около половины массы) другого. Это соотношение распространено в поясе Койпера, такое же наблюдается и у кометы Чурюмов-Герасименко. И вот теперь — у MU69.
Спасибо Daniel Macháček за этот чудесный монтаж. Чурюмов-Герасименко находится в левом верхнем углу, во всей своей красе. ESA
Итак, как же раздельный двойной объект становится контактным? Очевидно, что должно произойти что-то, чтобы два компонента могли сблизиться. В физическом плане их орбиту нужно дестабилизировать. Nesvorný и соавторы говорят, что орбита может дестабилизироваться несколькими способами. Небольшие удары по любому объекту могут нейтрализовать часть их орбитальной энергии, что позволит им со временем приблизиться друг к другу. Тот же процесс может оказывать противоположный эффект на другие двойные; пока одни сближаются, другие разделяются. Если орбита двойного объекта была значительно наклонена относительно плоскости его орбиты вокруг Солнца, своего рода орбитальная динамика, называемая резонансом Лидова — Козаи, могла бы сблизить два тела.
David Nesvorný, Joel Parker и David Vokrouhlický считают, что мягкое столкновение двойных вполне возможно. Они касаются друг друга со скоростью около 80 сантиметров в секунду. Это медленнее, чем скорость ходьбы человека. В поисках примера живого существа (помимо «ребенка»), которое ходит со скоростью 80 сантиметров в секунду, можно поблагодарить Мишель Баннистер, которая выяснила, что гекконы поднимаются по вертикали со скоростью 77 сантиметров в секунду. Таким образом, две части двойного объекта сталкиваются со скоростью геккона, поднимающегося по стене. (Это восхитительно.)
«На таких низких скоростях, — пишет Nesvorný, — ожидается, что воздействие приведет к увеличению компонентов двойной системы. Это может произойти мгновенно, во время одиночного лобового столкновения или после серии столкновений. Если компоненты имеют достаточную когезию (сцепление своих слоёв) до удара, конечным результатом этого процесса должно стать образование контактного двойного объекта».
Как они могут сблизиться, а потом… просто держаться? Если они рождаются из груды обломков, почему бы им просто не слиться воедино в одну большую сферическую груду камней? Скорее всего, так бы и случилось, если бы весь процесс произошел быстро. В статье утверждается, что для того, чтобы это слияние произошло, вам необходимо некоторое время между формированием исходного раздельного двойного объекта и его разрушением, «значительное количество времени… возможно, больше 10 млн лет, в течение которых оба компонента двойного тела будут приобретать внутреннюю прочность (например, посредством умеренного радиоактивного нагрева) и противостоять распаду во время их последующего слияния в контактный двойной объект».
Бинарные системы образуются, когда скопления камней срастаются в разделенных бинарах под действием силы тяжести. В конце концов, орбита дестабилизируется, и две части вступают в контакт с очень медленной скоростью, равной 80 сантиметрам в секунду или около того. NASA
Все это очень хорошо соответствует сценарию появления кометы Чурюмова–Герасименко. Её плотность составляет лишь половину от плотности воды, хотя она в основном состоит из пыли с небольшим количеством льда — её пористость должна составлять около 80%. Две её доли имеют видимые слои, которые не выстраиваются поперек долей, что позволяет предположить, что они представляют собой два тела, которые образовались в результате аккреции и позже слиплись.
Rosetta увидела отдельные зерна, составляющие структуру кометы. Был ли это оригинальный масштаб тел, которые образовали начальную груду обломков?
Что касается MU69 — мы никогда не увидим её так же близко, как Rosetta увидела комету Чурюмова–Герасименко. Но, можем поспорить, ученые будут искать признаки его первоначального наращивания, особенно слои и видимые подобъекты, а также признаки того, что произошло, когда два компонента изначально объединялись. Это может быть нелегко; слои кометы Чурюмова–Герасименко и «мурашки» видны только потому, что комета прошла вблизи Солнца, что заставило ее быстро распадаться. MU69 очень похож на то, что ожидается увидеть от кометы в начале ее пути. MU69, вероятно, никогда не станет кометой — но его бессчисленные братья и сестры вполне могут. Теперь у нас есть детская фотография кометы.
Источник: planetary.org
Перевод: Swetlana Daskraftfuttermischwerk
