Güneş Sistemimizin Kuiper Kuşağı’nda Gizemli Yeni Bir “Yapı” Keşfedildi

Çok ötesinde NeptünGökbilimciler, Güneş Sistemimizin dış kenarında, küçük dünyalardan oluşan gizli bir “yapıya” veya “şeride” benzeyen bir şey tespit ettiler.

Yeni tanımlanan bu özelliğe “iç çekirdek” adı veriliyor. Kuiper Kuşağı, önceden bilinen bir nesne kümesinin tam içinde bulunuyor ve dıştaki nesnenin nasıl olduğuna dair yeni ipuçları barındırıyor olabilir. Güneş Sistemi milyarlarca yıl boyunca inşa edildi ve yeniden şekillendirildi.

Kuiper Kuşağı, Neptün’ün ötesinde, buzlu cisimlerden oluşan geniş bir halkadır. Plüton ve sayısız küçük nesne. Gökbilimciler bu kuşağın tekdüze olmadığını ve halkalar gibi ince kümeler ve boşluklar içerdiğini uzun zamandır biliyorlardı. Satürn uzaktan görüldü. Bu kümelerden birine “çekirdek” denir; bu, Dünya’nın Güneş’ten uzaklığının (44 astronomik birim veya AU) 44 katı civarında merkezlenmiş, küçük, soğuk, neredeyse dairesel yörüngelerden oluşan sıkı bir kalabalıktır.

İçinde yeni çalışmaPrinceton’dan astronomi ekibi, bunun hemen içinde, yaklaşık 43 AU’da, “iç çekirdek” adını verdikleri ikinci, benzer bir kalabalığa dair kanıtlar rapor ediyor. Bu iç çekirdekteki nesneler, Güneş Sistemi’nin ana düzlemine göre düşük eğimle neredeyse dairesel yollar üzerinde hareket ediyor. Araştırmacılara göre bu özellikler, bu meraklı bedenlerin, Orta Çağ’dan bu yana nispeten bozulmadan kaldığı düşünülen bir popülasyon olan “soğuk klasik” Kuiper Kuşağı’nın üyeleri olduğunu gösteriyor. Güneş Sisteminin ilk günleri.

1.650 izlenen Kuiper Kuşağı Nesnesi kataloğunda, iç çekirdek gerçek bir yörünge yoğunluğu olarak görünüyor: yaklaşık 42,4-43,6 AU mesafeyi kapsıyor ve üyelerinin özellikle düşük “serbest” dışmerkezlikleri var (gezegensel yerçekimi etkilerini ortadan kaldırdıktan sonra yörüngelerinin ne kadar gergin olduğunun bir ölçüsü). Ekip, bu iç çekirdekteki nesnelerin, klasik Kuiper Kuşağı nesneleri olarak adlandırılan nesnelerin yaklaşık yüzde 7-10’unu, en soğuk, en bozulmamış nesnelerin ise kabaca yüzde 14-21’ini oluşturabileceğini tahmin ediyor.

Yani şimdi geriye büyük bir soru kalıyor. “Çekirdek” ve “iç çekirdek”, evrenin karanlık genişliğindeki büyük bir yapı mıdır? uzayyoksa ayrılar mı?

Bu nesnelerin yörüngeleri oldukça kararlıdır. Güneş’e en yakın yaklaşımları, 37 AU yakınındaki teorik “istikrar sınırının” oldukça üzerinde kalıyor ve en uç durumda bile yolları, yaklaşık 40 AU’nun içine inmiyor. Bu, onların Neptün tarafından şiddetli bir şekilde içeriye doğru dağılmadıklarını, bunun yerine oluştukları yerde az çok hayatta kaldıklarını veya oraya yavaşça hareket ettirildiklerini gösteriyor.

44 AU’daki dış çekirdekle karşılaştırıldığında, iç çekirdek bir önemli açıdan “daha soğuk” görünüyor: serbest dışmerkezlikleri ortalama olarak daha küçüktür, bu da gezegensel etkiler hesaba katılmadığında yörüngelerin dairesele daha yakın olduğu anlamına gelir. Bu fark, iç çekirdeğin, Kuiper Kuşağı’nın ne kadar sarsıldığının ve karıştırıldığının daha iyi bir örneği olmasını sağlayabilir. Eğer Neptün gibi dev gezegenler, bazı modellerin öne sürdüğü gibi sıçrayışlarla dışarıya doğru göç etmiş olsaydı, her sıçrama, kuşağın yapısında yerçekimsel boşlukları geride bırakmış olabilirdi. Yakın aralıklı iki soğuk kümenin varlığı, bu sürecin gerçekte ne kadar pürüzsüz veya şiddetli olduğunun öyküsünü anlatıyor olabilir.

Ayrıca garip bir yörünge bağlamı da var. Yapının yörüngesinin Neptün ile özel bir rezonansı var. Basit bir ifadeyle, iki Kuiper Kuşağı nesnesi kümesi arasında, Neptün’ün yerçekiminin onlarla 7:4 rezonans adı verilen sabit bir ritimde zaman tuttuğu özel bir bölge vardır. Neptün, Güneş’in etrafında yedi kez dönerken, kuşaktaki cisimler dört kez dolaşmaktadır. Bunun gibi yerlerde, bu tekrarlanan çekişler ya nesneleri uzaklaştırabilir ya da onları bir araya toplayabilir; tıpkı bir ebeveynin çocuğunu tam doğru ritimde salıncakta itmesi gibi. Dolayısıyla iki küme arasındaki nesnelerin eksikliği bu rezonanstan kaynaklanıyor olabilir, ancak araştırmacılar bunun gerçekten nedenin bu olduğundan henüz emin değiller.​​

Araştırmacılara göre bu ilginç bir bulguydu çünkü “iç çekirdek” yapısının olası bir sebebine işaret ediyordu.

Kayışın içindeki bu yeni yapının keşfinin ötesinde, araştırmacıların geleneksel araçlardan ziyade veri biliminden daha aşina oldukları araçlara yönelmeleri nedeniyle çalışma dikkat çekicidir. astronomi.

İlk olarak, dev gezegenlerden gelen sabit, öngörülebilir dürtüleri ortadan kaldırmaya çalışacak şekilde her bir yörüngeyi yeniden tanımladılar. Bir Kuiper Kuşağı nesnesinin ham yörünge elemanları, dışmerkezliği (yörüngenin ne kadar uzun olduğu) ve eğimi (ne kadar eğik olduğu), gezegenlerin kolektif yerçekimi tarafından belirlenen “zorlanan” bir kısım ile nesnenin kendi geçmişini yansıtan “serbest” bir kısmın bir karışımıdır. Ekip, gök mekaniğindeki yerleşik matematiksel teknikleri kullanarak, klasik Kuiper Kuşağı nesneleri kataloğundaki 1.650 nesnenin her biri için bu serbest bileşenleri hesapladı.

Daha sonra her nesnenin mesafesini beslediler. Güneşserbest eksantriklik ve DBSCAN (Gürültülü Uygulamaların Yoğunluk Tabanlı Mekansal Kümelenmesi) adı verilen bir kümeleme algoritmasına yönelik serbest eğim. DBSCAN, bir veri bulutu içindeki yoğun nokta kümelerini arar, bunları kümeler olarak işaretler ve izole edilmiş noktaları gürültü olarak ele alır.

DBSCAN’ın davranışı, ayarlarını nasıl yaptığınıza bağlı olduğundan ekip muhafazakar bir strateji benimsedi. Yalnızca algoritmanın bilinen 44 AU çekirdeğiyle eşleşen “çekirdek benzeri” bir özelliği açıkça seçtiği ve ardından aynı ayarlar altında başka bir kümenin görünüp görünmediğini sorduğu çalıştırmalardan elde edilen sonuçlara güvendiler.

Her durumda, iç çekirdek yaklaşık 43 AU’da ortaya çıktı. Parametrelerin hafifçe değiştirilmesi bazen algoritma iç ve dış çekirdekleri daha geniş bir kümede birleştirmek, bunların iki ayrı yapı mı yoksa tek bir büyük yapıdaki iki tepe mi olduğu konusundaki belirsizliğin altını çiziyor.

Yazarlar, “Ayrım yapamadığımız iki alternatif açıklama var: ya çekirdek daha önce düşünülenden önemli ölçüde daha büyük, ya da soğuk klasik Kuiper kuşağında ek ve farklı bir yapı var” diye açıkladı. “Her iki durumda da, burada açıklandığı gibi iç çekirdek ek bileşendir.”

Şimdilik yazarlar temkinli davranıyor. İç çekirdek, veriler işlenirken açıkça ortaya çıkıyor, ancak bunun gerçekten ayrı bir yapı mı yoksa sadece daha büyük, daha karmaşık bir çekirdeğin iç kenarı mı olduğu henüz belli değil. Ancak özellikle soğuk yörüngeleri biraz farklı bir geçmişe sahip olabileceğine işaret ediyor ve bu da onu Neptün’ün nasıl hareket ettiğine ve dış Güneş Sisteminin mevcut şekline nasıl yerleştiğini gösteren modellerin test edilmesi açısından değerli kılıyor.

Gerçek test daha fazla veriyle gelecek. Vera C. Rubin Gözlemevi’nin Eski Uzay ve Zaman Araştırması’nın (LSST), bu on yılın sonlarında tam faaliyete geçmesi nedeniyle, binlerce Kuiper Kuşağı nesnesini daha keşfetmesi ve izlemesi bekleniyor. Gökbilimciler, bu yeni yörünge seli ile iç çekirdeğin iyi tanımlanmış bir bant halinde mi keskinleştiğini yoksa daha geniş bir yapıya mı dönüştüğünü görebilecekler.