外太阳系仍然记得离得太近的恒星 _太阳系

这位艺术家的插图展示了太阳系遥远地区的两个海王星外天体。新的研究考察了早期太阳系中的恒星飞越是如何使TNO进入其不寻常的轨道的。来源：西南研究院
据今日科学新闻：在海王星之外，阳光只不过是耳语，寒冷是永恒的，那里有一个广阔而神秘的地区，到处都是古老的流浪者。这些是海王星外天体，或TNOs——我们太阳系混乱黎明留下的冰冷的遥远遗迹。它们不像行星那样迷人，不像彗星那样著名，但它们是时间胶囊。来自被遗忘时代的沉默使者。
冥王星是其中的名人，曾经是一颗行星，现在是一颗矮星，它的地位在教科书和课堂上引起了激烈的争论。但这只是成千上万中的一个。大多数TNO在黑暗中漂移，沿着围绕太阳的奇怪的倾斜路径，以难以解释的方式倾斜和伸展。多年来，天文学家一直在问：为什么这些轨道如此倾斜？为什么它们的表面呈现出如此令人困惑的各种颜色——从浅灰色到深锈红色？
现在，新的研究提出了一个非同寻常的答案：很久以前，另一颗恒星飞过我们的太阳系，像小偷刷斗篷边缘一样拉扯它的边缘。在那次短暂的相遇中，太阳系被重塑了。
运动中的化石
TNO不仅仅是剩菜。它们是幸存者，是所有行星诞生的原始原行星盘的冰冻碎片。这些冰体形成于那个圆盘的外侧，远离婴儿太阳的热量，当时太空拥挤混乱。像木星和海王星这样的巨型行星仍在迁移，它们的引力正在重塑太阳系。
当这些巨大的物体移动时，它们剧烈地搅动着圆盘，把小物体像大理石一样散落在玻璃地板上。有些被扔进了深空，永远消失了。其他人被困在遥远的细长轨道上，他们的路径弯曲成奇怪的环路。这些就是我们今天看到的TNO 。他们中的许多人居住在天文学家所说的散射盘，海王星以外的一个区域，偏心和倾斜的轨道是常态。
然后是颜色之谜。
得益于OSSOS（外太阳系起源调查）和暗能量调查等广域天空调查，科学家们已经开始对TNO表面的微妙色调进行编目。有些是暗灰色的。其他颜色是鲜艳的红色。这些颜色不是随机的——它们暗示了表面的化学成分，可能是在紫外线辐射下形成的复杂的碳基化合物，如托林的结果。例如，冥王星的红色来自托林，托林像一层旧清漆一样覆盖着它冰冷的皮肤。
但令天文学家困惑的不仅仅是颜色的多样性，还有图案。Redder TNO倾向于遵循不太倾斜、更圆的轨道。灰色的人往往有更极端的倾向。为什么颜色与轨道有关？
太阳系在黑暗中留下了一个谜。要解开这个谜，需要回到行星完全形成之前的时代。
一颗恒星掠过太阳的摇篮
答案可能在于太阳失去的童年。
我们的明星不是一个人出生的。像大多数恒星一样，太阳可能形成于一个密集的恒星托儿所，一个充满数百或数千颗其他年轻恒星的地方。在这种环境中，恒星飞掠——恒星之间的近距离引力相遇——并不罕见。虽然太阳现在位于银河系中一个相对孤独的地方，但它曾经被兄弟姐妹包围。在那些拥挤的环境中，一次险些相撞可能会改变一切。
这是由德国Jülich超级计算中心的Susanne Pfalzner教授领导的一个研究小组探索的假设。他们的新研究很快将发表在《天体物理学杂志快报》上，模拟了当一颗质量约为太阳80%的恒星靠近早期太阳系的外围区域时会发生什么。
他们使用超级计算机对这次宇宙相遇进行了非常详细的建模，在一个年轻的原行星盘中填充了数万个粒子，并为每个粒子分配了一种颜色，从内盘附近的红色到更远的蓝色和灰色。这不仅仅是一种艺术选择，它的目的是反映早期太阳系中可能的化学梯度，在那里，热量和辐射会根据它们离太阳的距离而对材料产生不同的影响。
空间中的螺旋扭曲
模拟揭示了一些令人震惊的事情。
当这颗经过的恒星接近太阳系时——它离太阳最近的距离只有110个天文单位，比厄里斯的轨道稍远——它像丝带一样扭曲了圆盘。冰冷的星子被推入螺旋臂，它们的轨道被恒星的引力拉伸和倾斜。一些粒子被向外抛出。其他行星则被推入新的轨道，它们曾经有序的轨道变得混乱。
这种引力之舞不会持续太久。在大约12000年内——在宇宙时间尺度上只是一眨眼——这次相遇就结束了。但损害，或者更确切地说是转变，已经发生了。外盘被重塑成一种图案，看起来与我们今天观察到的分散盘非常相似。
但改变的不仅仅是轨道。粒子的颜色——它们被赋予的化学特性——沿着它们的路径散布。红色粒子保持在低倾角、更圆的轨道上，类似于我们在一些现实世界的TNO中看到的。灰色的轨道最终会有更高的倾角，更偏心的轨道。
这种长期困扰天文学家的颜色轨道关系是从模拟中自然出现的。
然后，该团队将时钟向前拨——10亿年的模拟进化。正如预期的那样，随着碰撞、太阳辐射和其他引力效应继续雕刻圆盘，这些图案随着时间的推移而模糊。然而，即使经过了这么长时间，核心相关性仍然存在：较红的物体倾向于坚持原来的路径，而较灰的物体则走得更远。
这是现实的数字回声。
展望未来：LSST与光的遗产
这个想法——一次古老的飞越可以解释TNO的轨道和颜色——是令人信服的。它以一种以前模型所没有的方式将外太阳系的动力学和化学联系起来。但正如在科学中一样，一个理论必须经过检验。
这就是维拉·鲁宾天文台发挥作用的地方。
这台突破性的望远镜将很快开始其传统的空间和时间调查（LSST），它将在十年内以前所未有的细节扫描夜空。预计它将使已知的TNO数量增加十倍，揭示数千个新的遥远天体。有了它们，就有了丰富的颜色、动作和构图数据集。
飞越模拟背后的团队已经在提前考虑。他们预测了如果他们的理论成立， LSST可能会发现什么：在遥远的倾斜轨道上，明亮的红色TNO更少，在遥远的地方，颜色更柔和。如果这些预测与现实相符，那将是确认外太阳系确实是由一位短暂的恒星访客塑造的重要一步。
夜晚经过的星星
如果飞越真的发生了——而且证据越来越多——它发生在太阳系生命的前几百万年。这颗扰动恒星本来是太阳诞生星团的一部分，现在早已分散在银河系中。我们可能永远无法确定确切的恒星。它现在可能正在数十亿人中悄然漂流，它在我们历史上的古老作用已经随着时间的推移而消失了。
但它的签名仍然存在。
在寒冷的外部黑暗中， TNO仍然携带着记忆——以它们的颜色、轨道和存在。它们就像冰冻尘埃中留下的指纹，讲述了一个关于混乱、化学和宇宙偶然性的故事。
也许，这就是天文学的奇迹。
我们不仅在探索世界。我们正在揭开古老的邂逅。我们正在追踪那些不再流血但仍能说话的伤痕。在每一个冰冷的红色球体中，每一个灰色的流浪者中，我们都能听到一颗曾经离得太近的恒星的回声，这颗恒星改变了一切。