Исследования показывают, что внешняя часть Солнечной системы более населена, чем считалось ранее

Телескоп Subaru (слева) и космический аппарат New Horizons (справа). Автор: NAOJ/Southwest Research Institute

Обзорные наблюдения с использованием сверхширокоугольной камеры с прямым фокусом телескопа Subaru показали, что в глубине пояса Койпера может находиться популяция небольших тел, ожидающих своего открытия.

Результаты, имеющие важное значение для понимания формирования Солнечной системы, были получены в результате международного сотрудничества телескопа Subaru и космического аппарата New Horizons, путешествующего через внешнюю часть Солнечной системы.

Космический аппарат NASA New Horizons был запущен в 2006 году с важнейшей миссией — впервые в истории человечества провести наблюдение за поверхностью внешних тел Солнечной системы с близкого расстояния; в 2015 году он успешно совершил пролет мимо системы Плутона, а в 2019 году совершил пролет мимо одного из объектов пояса Койпера, (486958) Аррокота.

При наблюдении объектов пояса Койпера с Земли мы можем наблюдать их только при малых углах солнечной фазы (угол между солнцем, объектом и наблюдателем). С другой стороны, при наблюдении объекта пояса Койпера с космического корабля в поясе Койпера один и тот же объект можно наблюдать при различных углах фазы, а его отражательные характеристики можно использовать для оценки свойств поверхности объекта. Это может сделать только New Horizons.

Однако камера на космическом аппарате имеет узкое поле зрения и не может обнаружить объекты пояса Койпера самостоятельно. Вот тут-то и появляется телескоп Subaru. Телескоп Subaru использует свою широкоугольную камеру, чтобы найти множество объектов пояса Койпера, а затем сузить список объектов, мимо которых космический аппарат может пролететь и которые он может наблюдать. Это сотрудничество между New Horizons и телескопом Subaru началось в 2004 году.

В ходе наблюдений, проводившихся в 2004–2005 годах с помощью камеры с основным фокусом телескопа Subaru (Suprime-Cam), из-за орбитальной связи между Плутоном и космическим аппаратом область вблизи центра галактики Млечный Путь оказалась на заднем плане области поиска объектов пояса Койпера.

Хотя поиск объектов Солнечной системы с большим количеством фоновых звезд был чрезвычайно сложным, исследовательской группе удалось обнаружить 24 объекта пояса Койпера.

К сожалению, объекты пояса Койпера, обнаруженные в ходе этого наблюдения, требуют слишком много топлива для пролета космического корабля, но новые объекты на большом расстоянии могут попасть в зону действия топлива New Horizons. В 2020 году начались более глубокие наблюдения с помощью Hyper Suprime-Cam (HSC) на телескопе Subaru, и к 2023 году было обнаружено 239 объектов пояса Койпера.

«Самой захватывающей частью наблюдений HSC стало открытие 11 объектов на расстояниях за пределами известного пояса Койпера», — говорит член группы доктор Фуми Ёсида из Университета наук о здоровье труда и окружающей среды и Исследовательского центра планетарных исследований Технологического института Тиба.

Многие из объектов, обнаруженных с помощью HSC, расположены на расстоянии 30–55 астрономических единиц (а.е.) от Солнца (1 а.е. соответствует расстоянию между Солнцем и Землей) и, как полагают, находятся в пределах известного пояса Койпера.

С другой стороны, команда не ожидала увидеть то, что выглядит как скопление объектов в области 70–90 а.е. и долину между 55 а.е. и 70 а.е. (где распределено лишь небольшое количество объектов, см. рисунок ниже). Такая долина не была зарегистрирована в других наблюдениях.

Распределение расстояний объектов пояса Койпера, обнаруженных HSC. Горизонтальная ось представляет расстояние от солнца до объектов, измеренное в астрономических единицах (а.е.; расстояние между Землей и солнцем). Вертикальная ось представляет количество объектов. Автор: Wesley Fraser

Возможно, существует новая популяция объектов пояса Койпера на расстоянии 70–90 а.е. «Если это подтвердится, это будет крупным открытием. Первичная солнечная туманность была намного больше, чем считалось ранее, и это может иметь значение для изучения процесса формирования планет в нашей солнечной системе», — говорит доктор Йошида.

Главный исследователь миссии New Horizons доктор Алан Стерн говорит: «Это новаторское открытие, раскрывающее нечто неожиданное, новое и захватывающее в далеких уголках Солнечной системы; это открытие, вероятно, было бы невозможно без первоклассных возможностей обсерватории Subaru».

Чтобы определить точные орбиты объектов, обнаруженных в этом исследовании, исследовательская группа продолжает наблюдения с помощью HSC. «Я думаю, что открытие далеких объектов и определение их орбитального распределения важны как ступенька к пониманию истории формирования Солнечной системы, сравнению ее с экзопланетными системами и пониманию формирования планет во всем мире», — говорит доктор Йошида о значимости исследования.

В настоящее время New Horizons движется дальше, в 60 а.е. от Солнца. Должно быть, есть еще много далеких объектов, которые мы еще не открыли. Исследовательская группа с нетерпением ждет, что телескоп Subaru и космический аппарат New Horizons обнаружат за поясом Койпера.

Эти результаты будут опубликованы в двух статьях в журнале Planetary Science Journal. В настоящее время они доступны на сервере препринтов arXiv.

Больше информации: Marc W. Buie et al, The New Horizons Extended Mission Target: Arrokoth Search and Discovery, arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2403.04927
Wesley C. Fraser et al, Candidate Distant Trans-Neptunian Objects Detected by the New Horizons Subaru TNO Survey, arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2407.21142 Больше информации: Marc W. Buie et al, The New Horizons Extended Mission Target: Arrokoth Search and Discovery, arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2403.04927
Wesley C. Fraser et al, Candidate Distant Trans-Neptunian Objects Detected by the New Horizons Subaru TNO Survey, arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2407.21142

Источник: National Astronomical Observatory of Japan