37亿英里之外 哈勃发现可能改写柯伊伯带历史的隐藏三体系统

宇宙中存在许多具有引力约束的三体系统，从三重恒星系统到像火星这样拥有两个卫星的行星。 现在，新的研究表明，柯伊伯带--我们太阳系遥远的冰冻天体区域--也可能孕育着这样的系统。 科学家们在柯伊伯带发现了第二个潜在的三重系统，在这个系统中，以前被认为是双星的天体实际上可能包含一个隐藏的第三个成员。 这第三个天体与其伴星非常接近，只有通过它对系统轨道运动的影响才能探测到。

这幅艺术家的概念图描绘了太阳系柯伊伯带中 148780 Altjira 系统的一种可能情况。 它很可能是一个分级三重形成的系统，其中两个距离很近的伴星被距离更远的第三个成员环绕。 资料来源：NASA、ESA、Joseph Olmsted（STScI）

新发现的柯伊伯带三体可能是同类中的第二个，它可以提供强有力的证据，证明这些遥远的天体并不是由碰撞形成的，而是通过引力塌缩形成的--就像恒星一样。

如果得到证实，这一发现将增加柯伊伯带中存在更多隐藏的三重系统的可能性。 该理论认为柯伊伯带天体（KBOs）不是通过碰撞形成的，而是通过引力塌缩形成三重系统的。

地球上空的哈勃太空望远镜插图。 图片来源：欧空局/哈勃（M. Kornmesser & L. L. Christensen）

几个世纪以来，预测三个引力约束天体的运动一直困惑着数学家，最近，小说和电视剧三体问题将这一难题推向了风口浪尖。 不过，研究人员现在已经在太阳系遥远的柯伊伯带发现了似乎是稳定的三块冰质太空岩石。 这一发现是利用美国国家航空航天局（NASA）的哈勃太空望远镜（Hubble Space Telescope）和夏威夷凯克天文台（W. M. Keck Observatory）的数据得出的。

如果得到证实，148780 Altjira系统将只是该区域已知的第二个三体系统，这表明可能存在更多的三体系统。 这一发现将支持有关太阳系历史和柯伊伯带天体（KBOs）形成过程的特定理论。

这项研究的第一作者、毕业于犹他州普罗沃市杨百翰大学物理学和天文学专业的马娅-内尔森说："宇宙中充满了各种三体系统，包括距离地球最近的恒星--半人马座阿尔法星系统，我们发现柯伊伯带可能也不例外。"

KBO于1992年首次被发现，是早期太阳系的古老冰质残骸，位于海王星轨道之外。 迄今为止，已经有 3000 多颗被编入目录，但科学家估计可能还有数十万颗，每颗都有 10 多英里宽。 已知最大的KBO是矮行星冥王星。

哈勃的这一发现是对KBO形成理论的重要支持，在这一理论中，三个小型岩石天体并不是在繁忙的柯伊伯带中碰撞的结果，而是在大约45亿年前由新形成的太阳周围物质盘中物质的引力坍缩直接形成的。 众所周知，恒星是通过气体的引力塌缩形成的，通常是成对或成三对，但像柯伊伯带中的宇宙天体以类似方式形成的想法仍在研究中。

Altjira系统位于太阳系外围，距离太阳系37亿英里（约合地球与太阳距离的44倍）。 哈勃图像显示，两个KBO相距约4700英里（约合7600公里）。 然而，研究人员说，对这两个天体独特的共轨运动的反复观测表明，内部天体实际上是两个靠得很近的天体，在如此遥远的距离上根本无法分辨。

内尔森说："对于如此小而远的天体，系统内部两个成员之间的距离在哈勃相机上只是一个像素的一小部分，因此你必须使用非成像方法才能发现这是一个三重天体。"

这需要时间和耐心。 科学家们从哈勃天文台和凯克天文台收集了长达 17 年的观测基线数据，观察Altjira星系外部天体的运行轨道。

"随着时间的推移，我们看到外部天体的轨道方向发生了变化，这表明内部天体要么非常细长，要么实际上是两个独立的天体，"Altjira 研究的共同作者、杨百翰大学的 Darin Ragozzine 说。

内尔森说："当我们把哈勃数据放入不同的建模方案中时，三重系统是最合适的。其他的可能性是，内部天体是一个接触双星，两个独立的天体靠得很近，相互接触，或者实际上是一个奇怪的扁平物体，就像一个薄饼。"

目前，柯伊伯带大约有 40 个已确认的双体天体。 现在，这些系统中有两个可能是三体系统，研究人员说，他们更有可能看到的不是一个怪胎，而是在相同情况下形成的三体系统群。 然而，建立证据需要时间和反复观测。

唯一被详细探索过的柯伊伯带天体是冥王星和较小的天体Arrokoth，NASA的新视野号任务分别于2015年和2019年访问了这两个天体。 新视野号显示，Arrokoth是一个接触双星，对于KBO来说，这意味着两个天体越走越近，现在正在接触和/或已经合并，通常会形成一个花生形状。 Ragozzine 将 Altjira 描述为 Arrokoth 的"表亲"，同属柯伊伯带天体。 不过，他们估计 Altjira 比 Arrokoth 大 10 倍，宽 124 英里（200 公里）。

内尔森说，虽然目前还没有计划执行飞越Altjira以获取阿罗科斯级细节的任务，但即将有一个不同的机会来进一步研究这个引人入胜的系统。

"Altjira已经进入食季，即外层天体从中心天体前方穿过。 这种情况将持续十年，给科学家们提供了一个了解它的绝佳机会，"内尔森说。 美国国家航空航天局（NASA）的詹姆斯-韦伯太空望远镜也加入了对Altjira的研究，因为它将在即将进行的第3周期观测中检查各组成部分是否看起来一样。

哈勃的研究发表在行星科学杂志上。

编译自/scitechdaily