Czy słońce miało gwiazdę towarzyszącą?

Słońce mogło mieć kiedyś podwójną gwiazdę towarzyszącą.

Od jakiegoś czasu astronomowie wiedzą, że większość układów w naszej galaktyce składa się raczej z podwójnych par, a nie z pojedynczych gwiazd. Co więcej, w ostatnich dziesięcioleciach badania ujawniły, że gwiazdy takie jak nasze Słońce faktycznie rodzą się w gromadach w mgławicach słonecznych. Doprowadziło to w ostatnich latach do wysiłków zmierzających do zlokalizowania w naszej galaktyce gwiazd typu G (żółtych karłów), które mogłyby być dawno zaginionym „rodzeństwem Słońca”.

A teraz nowe badanie astronomów z Harvardu, Amira Siraja i prof. Abrahama Loeba, wykazało, że Słońce mogło kiedyś mieć bardzo podobnego podwójnego towarzysza, który został wyrzucony z naszego Układu Słonecznego. Jeśli zostanie to potwierdzone, konsekwencje tego mogą być przełomowe, zwłaszcza w przypadku teorii dotyczących powstania Obłoku Oorta i tego, czy nasz system uchwycił w przeszłości masywny obiekt (Planeta Dziewiąta).

Ich badanie zatytułowane „The Case for an Early Solar Binary Companion” ukazało się niedawno w The Astrophysical Journal Letters. Na potrzeby tych badań Siraj i Loeb rozważali powstanie Obłoku Oorta, który pozostaje tajemnicą dla astronomów. Powodem tego jest ciągły problem, w jaki sposób Chmura Oorta i rozproszone obiekty dyskowe (SDO) poza orbitą Neptuna osiągnęły swój obecny stosunek.

Pomniejszanie; wewnętrzny układ słoneczny (u góry po lewej), zewnętrzny układ słoneczny (u góry po prawej), orbita Sedny (u dołu po prawej) i wewnętrzna krawędź chmury Oort (u dołu po lewej). Zdjęcie: NASA

Wcześniej astronomowie utrzymywali, że Obłok Oorta powstał ze szczątków pozostałych po formowaniu się Układu Słonecznego i jego sąsiadów. Innymi słowy, wierzyli, że obiekty zamieszkujące ten region zostały rozrzucone przez planety na duże odległości, a niektóre nawet wymieniane między gwiazdami. Jak wyjaśnił Siraj w niedawnym wydaniu CfA , binarny model Układu Słonecznego może stanowić brakujący element układanki:

„Poprzednie modele miały trudności z uzyskaniem oczekiwanego stosunku między rozproszonymi obiektami dyskowymi a zewnętrznymi obiektami chmury Oorta. Model podwójnego przechwytywania oferuje znaczną poprawę i udoskonalenie, co wydaje się oczywiste z perspektywy czasu: większość gwiazd podobnych do Słońca rodzi się z podwójnymi towarzyszami. ”

W przeszłości astronomowie utrzymywali, że Obłok Oorta uformował się w gromadzie urodzeniowej, w której narodziło się Słońce, w wyniku oporu wytwarzanego przez gęsty gaz gromady. Niestety, w tym scenariuszu ten sam opór utrudnia rozpraszanie komet w regionach trans-neptunowych na duże odległości, co jest niezgodne z tym, co widzimy obecnie w przypadku obiektów trans Neptunian (TNO).

„Systemy podwójne są znacznie bardziej wydajne w wychwytywaniu obiektów niż pojedyncze gwiazdy” - dodał Loeb. „Gdyby obłok Oorta uformował się tak, jak zaobserwowano, oznaczałoby to, że Słońce faktycznie miało towarzysza o podobnej masie, która została utracona, zanim Słońce opuściło swoją gromadę narodzin”.

Oczywiście, jeśli Słońce rzeczywiście uformowało się z binarnym towarzyszem, naturalnie rodzi to pytanie, gdzie ten towarzysz jest dzisiaj. W związku z tym Siraj i Loeb wysuwają hipotezę, że grawitacyjny wpływ przechodzących gwiazd w gromadzie urodzeniowej mógł ją usunąć. Jest to zgodne z wcześniejszymi badaniami przeprowadzonymi przez astronomów z CfA, które sugerowały, że nasze Słońce straciło miliardy lat temu podobnego do Słońca towarzysza .

W rzeczywistości w 2018 roku astronomowie ogłosili, że zlokalizowali jednego z rodzeństwa Słońca po zaobserwowaniu dokładnego bliźniaka w przybliżeniu 184 lata świetlne od Ziemi. „Jednak przed utratą układu podwójnego układ słoneczny przechwyciłby już zewnętrzną powłokę obiektów, a mianowicie chmurę Oorta i populację Planety Dziewiątej” - powiedział Siraj. „Dawno zaginiony towarzysz Słońca może teraz znajdować się w dowolnym miejscu Drogi Mlecznej”.

Co więcej, badanie to może mieć implikacje dla istnienia Planety Dziewiątej (znanej również jako Planeta X), planety wielkości Neptuna, która ma bardzo wydłużoną orbitę, która umieszcza ją daleko poza Plutonem. Astronomowie wysnuli teorię, że ta planeta istnieje na podstawie faktu, że niektóre rodziny mniejszych obiektów w Pasie Kuipera mają unikalne orbity, które sugerują obecność innego ciała w tym obszarze.

W ostatnich latach niektórzy astronomowie zasugerowali, że Planeta Dziewiąta może być w rzeczywistości pierwotną czarną dziurą znajdującą się na skraju naszego Układu Słonecznego. Ponadto zasugerowano, że obecność tej czarnej dziury można rozpoznać, obserwując rozbłyski, które pojawiałyby się za każdym razem, gdy pochłania ona kometę. Oczywiście przyszłe misje będą potrzebne do ustalenia prawdziwej natury Planety Dziewiątej (jeśli faktycznie istnieje).

Wrażenie artysty przedstawiające Planetę Dziewiątą jako lodowego olbrzyma zaćmienia centralnej Drogi Mlecznej, z podobnym do gwiazdy Słońcem w oddali. Źródło: Tom Ruen / Wikipedia Commons / ESO

W każdym razie, wyniki badań Siraj i Loeb potwierdzają, że Planeta Dziewiąta jest schwytanym ciałem , kolejną teorią, która jest odrzucana. Jak wyjaśnił Loeb, ich wyniki sugerują również, że ma towarzyszy w zewnętrznym Układzie Słonecznym:

„Zagadka dotyczy nie tylko chmur Oorta, ale także ekstremalnych obiektów trans-Neptunowych, takich jak potencjalna Planeta Dziewiąta. Nie jest jasne, skąd się wzięły, a nasz nowy model przewiduje, że powinno być więcej obiektów o podobnej orientacji orbitalnej co Planeta Dziewięć. "

Implikacje tych badań wykraczają jednak poza formowanie się Układu Słonecznego, a nawet oferują nowy wgląd w to, jak powstało życie na Ziemi. ”Obiekty w zewnętrznej chmurze Oorta mogły odegrać ważną rolę w historii Ziemi, na przykład dostarczając wodę na Ziemię i spowodowanie wyginięcia dinozaurów”- powiedział Siraj. „Zrozumienie ich pochodzenia jest ważne”.

Te i inne teorie dotyczące chmury Oorta i Planety Dziewiątej (i ewentualnych towarzyszy) wymagają dalszych obserwacji zewnętrznego Układu Słonecznego. W tej chwili jest to bardzo trudne dla astronomów, biorąc pod uwagę ich ogromną odległość od Słońca. Jednak może się to zmienić na początku przyszłego roku, kiedy Obserwatorium Vera C. Rubin - dawniej znane jako Wielki Synoptyczny Teleskop Przeglądowy (LSST) - zbierze swoje pierwsze światło.

Artystyczna wizja obiektu z Pasa Kuipera w zewnętrznym Układzie Słonecznym. Źródło: NASA, ESA i G.Bacon (STScI)

Po uruchomieniu obserwatorium to przeprowadzi rozległe badania astronomiczne południowego nieba i sporządzi mapę Wszechświata, aby określić wpływ ciemnej materii i ciemnej energii oraz dowiedzieć się więcej o przejściowych zjawiskach. Ponadto VRO poświęci czas na mapowanie małych obiektów w Układach Słonecznych, takich jak asteroidy bliskiej ziemi (NEA) i obiekty z pasa Kuipera (KBO), zwiększając liczbę skatalogowanych obiektów od 10 do 100 razy.

Jak to ujął, Siraj jest optymistą, że VRO również rzuci światło na możliwe istnienie masywnych ciał w zewnętrznym Układzie Słonecznym:

„Jeśli VRO potwierdzi istnienie Planety Dziewiątej i przechwycone pochodzenie, a także znajdzie populację podobnie przechwyconych planet karłowatych, wówczas model podwójny będzie faworyzowany w stosunku do samotnej historii gwiazd, którą od dawna zakładano”.