预测三个引力相互束缚的天体在空间中如何运动的难题已经挑战了数个世纪的数学家,并且最近在小说和电视剧《三体》中获得了更多的关注。然而,研究小组表示,在太阳系的库伊伯带中,可能存在着一个稳定的冰冻太空石头三重体,这个发现得益于NASA的哈勃太空望远镜和夏威夷的基克天文台的地面数据。
如果得到确认,148780 Altjira系统将在该地区被发现的第二个三体系统,这表明可能有类似的三重体等待被探索,这将支持我们太阳系历史和库伊伯带天体(KBO)形成的某一特定理论。
“宇宙中充满了各种三体系统,包括离地球最近的恒星——阿尔法·半人马星系,我们发现库伊伯带可能也不例外,”该研究的首席作者、犹他州普罗沃的杨百翰大学物理与天文学研究生梅亚·尼尔森说道。
自1992年以来,KBOs是早期太阳系中的原始冰冷残余,位于海王星的轨道之外。截至目前,已有超过3000个KBO被编目,科学家估计可能还有数十万颗直径超过10英里的KBO。最大的KBO是矮行星冥王星。
哈勃的发现为KBO形成理论提供了重要支持,该理论认为,三个小岩石体不是在繁忙的库伊伯带中碰撞的结果,而是直接来自于围绕新形成的太阳的物质盘中的引力坍缩,时间大约是45亿年前。众所周知,恒星是通过气体的引力坍缩形成的,通常以成对或三重体的形式出现,但像库伊伯带中的这些宇宙天体以类似方式形成的想法仍在研究中。
Altjira系统位于太阳系的外缘,距离地球37亿英里,或者是地球和太阳之间距离的44倍。哈勃的图像显示两个KBO相隔约4700英里(7600公里)。然而,研究人员表示,反复观察这些物体的独特共轨运动表明,内岁物体实际上是两个如此接近的天体,以至于在如此远的距离下无法分辨。
“对于这么小且遥远的物体,系统内两个内部成员之间的距离在哈勃相机的像素中只有一小部分,所以你必须使用非成像的方法来发现它是一个三重体,”尼尔森说。
尼尔森解释说,这需要时间和耐心。科学家们从哈勃和基克天文台收集了17年的观测基线数据,以观察Altjira系统外部物体的轨道。
“随着时间的推移,我们看到外部物体轨道的方向发生变化,这表明内部物体要么非常拉长,要么实际上是两个独立的物体,”同样来自杨百翰大学的Altjira研究共同作者达林·拉戈齐尼说道。
“当我们将哈勃数据输入不同的建模场景时,三体系统是最好的拟合,”尼尔森说。“其他可能性是内部物体是接触双星,其中两个独立的天体靠得如此近,以至于彼此接触,或者实际上是形状奇特的平坦物体,比如煎饼。”
目前,库伊伯带中已经识别出的双体物体约有40个。现在,考虑到这两个系统可能是三重体,研究人员表示,可能不再只是一个异类,而是一组由相同环境形成的三体系统。然而,建立这些证据需要时间和反复的观察。
目前已详细探索的库伊伯带天体仅有冥王星和较小的天体阿罗科斯,NASA的新视野任务分别在2015年和2019年访问了这两个天体。新视野显示,阿罗科斯是一个接触双星,对于KBO来说,意味着两个物体越来越靠近,现在已经接触并/或合并,通常形成一个花生形状。拉戈齐尼将Altjira形容为阿罗科斯的“表亲”,是同一组库伊伯带天体的成员。然而,他们估计Altjira的直径是阿罗科斯的10倍,达到124英里(200公里)。
尽管没有计划通过Altjira进行飞掠以获得与阿罗科斯类似的细节,尼尔森表示还有另一个即将到来的机会可以进一步研究这个引人入胜的系统。“Altjira已进入一个日食季节,外体将在中央体前方经过。这将持续十年,为科学家提供了一个很好的机会来更多地了解它,”尼尔森说。NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜也将参与对Altjira的研究,因为它将在即将到来的第三周期观测中检查这些组件是否看起来相同。