柯伊伯帶天體為何多呈雪人狀

柯伊伯帶雪人形天體成因探析

2019年，美國國家航空航天局的新視野號任務(wù)飛掠了柯伊伯帶天體486958號阿羅科斯。阿羅科斯呈雪人狀——即雙瓣結(jié)構(gòu)——這種形態(tài)在太陽系外緣十分常見。為何這種雪人狀結(jié)構(gòu)如此普遍？密歇根州立大學(xué)的科學(xué)家指出，答案或許出人意料地簡單。圖片由美國國家航空航天局／約翰霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室／西南研究所／國家光學(xué)天文臺提供。

為什么雪人形狀在太陽系外圍如此常見？

太陽系外側(cè)區(qū)域存在大量雪人形狀的天體。其中著名的例子是位于柯伊伯帶的阿羅科斯（Arrokoth）——柯伊伯帶是海王星軌道之外的一個(gè)區(qū)域，包含冥王星及其他冰質(zhì)小天體，例如原始星子。事實(shí)上，約十分之一的柯伊伯帶天體呈雪人形狀，天文學(xué)家稱之為接觸雙星。研究人員在密歇根州立大學(xué)指出，這類雪人形狀天體普遍存在的原因可能出乎意料地簡單。

密歇根州立大學(xué)（MSU）的首席作者杰克遜巴恩斯利用該校網(wǎng)絡(luò)使能研究研究所的高性能計(jì)算中心進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬，結(jié)果顯示引力坍縮能夠自然形成這類雪人形狀的天體。巴恩斯的模擬表明，雙瓣?duì)钐祗w的形成并不依賴于偶然碰撞或特殊相遇。

密歇根州立大學(xué)的合著者塞思雅各布森表示：

如果我們認(rèn)為有10％的星子天體是接觸雙星，那么形成它們的過程就不可能是罕見的。引力坍縮很好地契合了我們所觀測到的現(xiàn)象。

我們首次近距離觀測到的接觸雙星是阿羅科斯。新視野號探測器曾飛越這個(gè)形似雪人的巖石天體。

研究人員在《皇家天文學(xué)會月刊》上發(fā)表了他們的同行評審論文。

模擬坍塌過程

為尋找能夠解釋接觸雙星頻繁形成機(jī)制的理論，研究人員開展了大量數(shù)值模擬。這些模擬還需確保此類天體能夠在漫長的時(shí)間尺度上維持其獨(dú)特的形態(tài)。以往的其他計(jì)算機(jī)模型往往導(dǎo)致天體最終演化為單一的、近似球狀的結(jié)構(gòu)。而巴恩斯所采用的模擬方法則可使這類雪人狀天體長期保持其典型外形。

在太陽系早期，太陽與行星由一片旋轉(zhuǎn)的氣體和塵埃盤形成。太陽系外圍區(qū)域殘留著這片原始星云的物質(zhì)，它們未能聚集成更大的天體。這些柯伊伯帶天體棲息于太陽系遼闊的邊遠(yuǎn)地帶，過著相對寧靜的生活。科學(xué)家認(rèn)為，該區(qū)域發(fā)生的碰撞事件十分稀少。

在巴恩斯的模擬中，星子由塵埃盤形成，最初是松散的物質(zhì)聚集體。引力可導(dǎo)致這些天體向內(nèi)坍縮，進(jìn)而將其撕裂為兩部分；這兩部分隨后彼此繞行，最終再度合并為一個(gè)類似雪人的雙葉狀天體。在物質(zhì)分布稀疏的環(huán)境中，缺乏其他天體的撞擊干擾，因此二者不會再次分離。研究人員指出：

大多數(shù)雙星系統(tǒng)甚至沒有布滿撞擊坑。

密歇根州立大學(xué)的科學(xué)家們正致力于構(gòu)建更為精確的坍縮過程模型。

觀察一個(gè)雪人形狀的物體在坍塌成兩部分后又重新連接的模擬過程。

密歇根州立大學(xué)的科學(xué)家們對引力坍縮過程進(jìn)行了建模，認(rèn)為該過程可形成外太陽系中常見的雪人狀天體。

直接接觸雙星狀星子的引力坍縮形成

英國皇家天文學(xué)會

罕見的柯伊伯帶三合體天體或許只是眾多類似天體之一

相關(guān)知識

柯伊伯帶天體是位于海王星軌道外側(cè)、距離太陽約30至55天文單位的冰質(zhì)小天體，主要由冰、甲烷和氨等揮發(fā)性物質(zhì)構(gòu)成。它們是太陽系形成初期殘留的原始物質(zhì)，軌道多呈低傾角、近圓形，部分與海王星存在軌道共振。著名的柯伊伯帶天體包括冥王星、鬩神星和鳥神星等。研究這些天體有助于理解太陽系早期演化及行星形成機(jī)制。

BY: Kelly Kizer Whitt

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參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學(xué)名詞

3.原文來自： https://earthsky.org/space/snowman-shape-common-in-the-kuiper-belt/

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