Астрономы заподозрили Цереру в миграции из внешней Солнечной системы

Астрономы путем компьютерного моделирования определили, что карликовая планета Церера образовалась не в Главном поясе астероидов, а за орбитой Сатурна, откуда могла мигрировать во внутреннюю Солнечную систему за счет взаимодействия с планетами-гигантами и протопланетами. В этом случае она представляет собой крупную планетезималь, которая аналогична некоторым объектам Пояса Койпера. Статья опубликована в журнале Icarus.

Церера — крупнейший объект Главного пояса астероидов, который характеризуется целым рядом любопытных свойств. Ее масса составляет около 0,33 процента от общей массы Главного пояса, при этом карликовая планета обладает низкой плотностью и малым альбедо, которое аналогично углеродистым хондритам. Положение Цереры в Главном поясе близко ко многим астероидам С-типа, однако планета не относится к ним. Церера больше похожа на астероиды G-типа, обладает частично дифференцированной структурой и состоит из богатой водяным льдом мантии и каменистого ядра. 

Свойства Цереры делают этот объект схожим с крупнейшими объектами пояса Койпера, такими как Эрида, Плутон или Харон, что поднимает вопрос о происхождении планеты. В частности, обнаружение аммиачного льда на поверхности Цереры считается убедительным доказательством того, что карликовая планета образовалась во внешней области Солнечной системы, за пределами снеговой линии. Из-за этого возникла гипотеза о том, что Церера может представлять собой планетезималь, захваченную из внешней части протопланетного диска, в ходе его взаимодействия с планетами-гигантами, описанного в модели Ниццы. 

Группа планетологов во главе с Рафаэлем Рибейро де Саузой (Rafael Ribeiro de Sousa) из Государственного университета Сан-Паулу опубликовала результаты моделирования ранней динамической эволюции внешней части Солнечной системы, чтобы определить возможные механизмы миграции планетезимали, размером с Цереру, в Главный пояс астероидов из области за орбитой Сатурна.

Различные этапы процесса миграции планетезималей размером с Цереру из внешней части Солнечной систему во внутреннюю и их имплантации в Главный пояс астероидов.

Ученые определили, что доля популяции планетезималей размером с Цереру, попавших в Главный пояс астероидов, находится в диапазоне от 2,8×10–5 до 1,2×10–3, в зависимости от начального положения объекта во внешней части околозвездного диска. Захваченные тела с вероятностью 70 процентов характеризовались длиной большой полуоси орбиты между 2,5 и 3 астрономических единиц, с вероятностью 33 процента — эксцентриситетом менее 0,2 и с вероятностью 45 процентов — наклонением орбиты менее 10 градусов. Если учесть, что более ранние оценки предсказывали существование 3600 планетезималей, размером с Цереру, в околозвездном диске за орбитой Сатурна, то вероятности захвата тела, размером с Цереру, в Главный пояс, составляют 15, 34 и 51 процентов для внутренней, средней и внешней частей пояса, соответственно. 

Сам процесс миграции и захвата Цереры в Главный пояс проходил в несколько этапов. Вначале шла фаза быстрого перемешивания планетезималей во внешнем протопланетном диске за счет процессов рассеяния. Затем кандидат в Цереру попадал в резонанс среднего движения с планетами-гигантами, после чего мог столкнуться с другими мигрирующими объектами, которые были способны увеличить или уменьшить эксцентриситет его орбиты и выбросить его в относительно стабильные области внутреннего пояса астероидов. На параметры орбиты кандидата в Цереру также могло влиять трение со стороны газа в диске. На финальном этапе газ рассеивался из протопланетного диска, а иные внешние объекты удалялись, оставляя Цереру на стабильной орбите в Главном поясе.