Приливы Млечного Пути могут в разы менять поток комет из облака Оорта
Гравитационное воздействие Млечного Пути на далёкие области Солнечной системы оказалось значительно более изменчивым, чем предполагают упрощённые модели. Новое исследование показывает, что по мере движения Солнца через Галактику сила галактических приливов может существенно меняться, влияя на орбиты тел в облаке Оорта и количество долгопериодических комет, которые направляются во внутреннюю часть Солнечной системы.
Облако Оорта представляет собой огромный удалённый резервуар ледяных тел на периферии Солнечной системы и считается основным источником долгопериодических комет с периодами обращения более 200 лет. На таких расстояниях гравитация Солнца сравнительно слаба, поэтому на движение объектов заметно воздействует гравитационное поле всей Галактики. Возникающие из-за его неоднородности галактические приливы постепенно изменяют орбиты комет и могут направлять некоторые из них к Солнцу.
Александр Бугаков из Парижской обсерватории и его коллеги пересмотрели расчёты галактических приливов с учётом современной картины строения Млечного Пути. Классические модели, широко применяемые для изучения облака Оорта, обычно предполагают, что Солнце движется по круговой орбите в плоскости идеально осесимметричной Галактики. В таком приближении влияние Млечного Пути на Солнечную систему практически не меняется со временем. Однако данные космической обсерватории Gaia показали, что реальный Млечный Путь значительно сложнее: в его диске существуют галактический бар, спиральные рукава и другие крупномасштабные неоднородности.
Исследователи использовали неосесимметричную модель гравитационного потенциала Млечного Пути, согласованную с данными Gaia DR3, и расширили её до трёх измерений. Модель учитывает галактический бар и два спиральных компонента. После этого учёные рассчитали возможные траектории Солнца через Галактику и проследили, как меняются действующие на Солнечную систему приливные силы. Для получения статистической картины движение Солнца интегрировали назад во времени на протяжении последнего миллиарда лет.
Вместо трёх параметров, традиционно используемых для описания галактических приливов, авторы получили шесть — от G₁ до G₆. Самым важным для облака Оорта остаётся компонент G₃, связанный прежде всего с воздействием в направлении, перпендикулярном плоскости Галактики. Расчёты показали, что даже при относительно небольших радиальных и вертикальных перемещениях Солнца величина G₃ вдоль его галактической траектории способна изменяться примерно на порядок, то есть приблизительно в десять раз между характерными минимальными и максимальными значениями.
Другие компоненты приливного воздействия тоже нельзя считать пренебрежимо малыми. G₁ в некоторые периоды достигает примерно половины величины G₃, а G₂ — около четверти. Три дополнительных компонента G₄–G₆ могут достигать примерно одной десятой G₃. Особенно сильные изменения G₁ модель связывает со спиральными рукавами Млечного Пути.
Это имеет непосредственное значение для облака Оорта. Предыдущие исследования показали, что поток наблюдаемых долгопериодических комет сильно зависит от вертикального компонента галактического прилива. Поэтому изменения G₃ по мере движения Солнца по Млечному Пути должны приводить и к изменениям интенсивности поступления комет из облака Оорта во внутреннюю Солнечную систему. Новая работа, однако, не утверждает, что современный поток комет в десять раз больше прежних оценок: речь идёт именно о значительном изменении силы воздействующего на их орбиты галактического прилива на протяжении галактической истории Солнечной системы.
Результаты также могут изменить представления о наиболее удалённых транснептуновых объектах. Компонент G₃ влияет на размеры так называемой ископаемой области седноидов — тел с чрезвычайно вытянутыми орбитами, подобных Седне. Другие компоненты прилива нарушают простую динамику, возникающую в традиционной модели, и поэтому способны воздействовать на долговременную структуру самого облака Оорта.
Работа показывает, что Солнечную систему нельзя рассматривать изолированно от её движения по Млечному Пути. За миллиарды лет Солнце проходит через области с различной плотностью вещества и разной структурой галактического гравитационного поля. В результате внешние условия, определяющие эволюцию самых далёких тел Солнечной системы, также меняются. Авторы предоставили рассчитанную временную эволюцию всех шести параметров прилива, чтобы эти данные можно было использовать в будущих моделях облака Оорта и транснептуновых объектов.
Разработанный подход применим и к другим планетным системам. Для звёзд, орбиты которых значительно отклоняются от плоскости Млечного Пути, дополнительные компоненты G₄–G₆ могут играть гораздо более заметную роль, чем в случае Солнечной системы. Это означает, что галактическая среда потенциально способна влиять не только на облако Оорта, но и на далёкие резервуары комет вокруг других звёзд.
Исследование в журнале Astronomy & Astrophysics.