Астрономы обнаружили объект в необычном орбитальном резонансе с Нептуном, что меняет представления о внешней Солнечной системе

В холодных и темных окраинах Солнечной системы, далеко за орбитой Нептуна, астрономы обнаружили необычный космический объект, который находится в уникальном гравитационном взаимодействии с восьмой планетой.

Объект, получивший название 2020 VN40, стал первым подтвержденным транснептуновым телом (ТНО), находящимся в орбитальном резонансе 10:1 с Нептуном. Это означает, что за время, пока Нептун совершает десять оборотов вокруг Солнца, 2020 VN40 завершает ровно один.

Открытие, подробно описанное в новом исследовании, опубликованном в The Planetary Science Journal, было сделано командой астрономов из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики. Оно подтверждает существование давно предполагаемого класса орбитальных резонансов и демонстрирует ранее неизвестный тип движения, который может изменить современные модели динамики орбит.

«Это открытие подтверждает, что данная удаленная резонансная зона действительно населена объектами. Единичная находка, скорее всего, указывает на существование целой популяции, которую сложно обнаружить из-за наблюдательных ограничений», — пишут авторы исследования.

2020 VN40 был обнаружен в рамках обзора Large inclination Distant Objects (LiDO), целью которого является поиск транснептуновых объектов с сильно наклоненными орбитами, выходящими далеко за пределы плоскости Солнечной системы. Наблюдения проводились с помощью мощных телескопов на вершине Мауна-Кеа на Гавайях. После нескольких лет дополнительных исследований команда LiDO смогла точно определить орбиту объекта и подтвердить его необычную гравитационную связь с Нептуном.

«Это важный шаг в изучении внешней Солнечной системы, — заявила ведущий автор исследования доктор Розмари Пайк из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики. — Оно показывает, что даже в очень удаленных регионах, подверженных влиянию Нептуна, могут находиться объекты, и дает новые подсказки об эволюции Солнечной системы».

Необычный орбитальный танец 2020 VN40

Хотя орбитальные резонансы во внешней Солнечной системе не редкость (известный пример — Плутон, находящийся в резонансе 3:2 с Нептуном), 2020 VN40 демонстрирует уникальное поведение. Большинство резонансных объектов колеблются вокруг одного из трех «островов либрации» — определенных углов относительно Нептуна (обычно 90°, 180° или 270°). Однако 2020 VN40 также показал длительные периоды колебаний вокруг 0°, что ранее никогда не наблюдалось.

Этот новый тип движения, который исследователи назвали «либрацией вокруг 0°» или «резонансом по типу замочной скважины», связан с необычно высоким наклоном орбиты объекта — 33,4 градуса. Такой значительный наклон влияет на то, как гравитация Нептуна воздействует на 2020 VN40 в точке его максимального сближения с Солнцем.

Угол ωTNO (омега TNO), определяющий положение объекта в его вытянутой и наклоненной орбите, играет ключевую роль в этом взаимодействии. В зависимости от его значения объект может сближаться с Нептуном выше или ниже плоскости его орбиты, либо в области, где гравитационное воздействие слабее. Эти тонкие изменения могут приводить к необычным колебаниям, таким как наблюдаемое движение вокруг 0°.

Временная стабильность и загадка «застревания»

Несмотря на редкость, 2020 VN40, вероятно, не останется в этой конфигурации навсегда. Согласно моделированию, он относится к категории «временно застрявших» ТНО — объектов, которые попадают в резонанс под влиянием гравитации планет-гигантов, но со временем покидают его.

Из 201 смоделированных орбит (включая номинальную и 200 «клонов» с учетом погрешностей измерений) только четыре оставались в резонансе с Нептуном более 90% времени в течение миллиарда лет. Однако даже временное «застревание» может длиться сотни миллионов лет, что делает такие объекты ценными для изучения динамики Солнечной системы.

Значение открытия

Обнаружение 2020 VN40 в резонансе 10:1 подтверждает, что внешняя Солнечная система может быть более динамичной и населенной, чем считалось ранее. Ранее были найдены объекты в резонансах 5:1 и 9:1, а также предполагались кандидаты в 8:1 и 10:1, но впервые резонанс 10:1 подтвержден с такой точностью.

Кроме того, новый тип либрации заставляет пересмотреть существующие модели орбитальной динамики. Традиционные представления о резонансных «островах» могут оказаться слишком упрощенными, и будущие открытия, в том числе с помощью обсерватории Веры Рубин, вероятно, принесут новые сюрпризы.

«Это как обнаружить скрытый ритм в знакомой песне», — говорит соавтор исследования доктор Рут Мюррей-Клей из Калифорнийского университета в Санта-Круз. «Это может изменить наше понимание движения удаленных объектов».

Уже сейчас в рамках обзора LiDO обнаружено более 140 транснептуновых объектов с наклоном орбиты свыше 14 градусов, и некоторые из них, возможно, демонстрируют аналогичное поведение. С улучшением методов наблюдения астрономы ожидают новых открытий, которые продолжат менять наши представления о далеких уголках Солнечной системы.