幾十年來，天文學家一直試圖理解為什麼太陽系外如此多的冰體看起來像雪人，由兩個圓形部分連接在一起。密西根州立大學的研究人員現在報告的證據表明，一個令人驚訝的簡單過程可以解釋這些不尋常的形狀是如何形成的。
在火星和木星之間的湍流小行星帶之外是柯伊伯帶，這是海王星過去的一個遙遠區域，充滿了太陽系早期冰冷的殘餘物。這些原始物體被稱為星子，是形成行星的基礎。其中，10% 被歸類為二元接觸，這意味著兩個葉相連，形成雪人的形狀。直到最近，科學家們還不知道這種形式是如何自然形成的。
新的模擬支持重力塌陷
密西根州立大學的研究生傑克遜·巴恩斯（Jackson Barnes）開發了第一個能夠透過重力塌陷自然產生這些雙瓣結構的電腦模擬。他的研究結果發表在雜誌上 英國皇家天文學會每月通知。
先前的電腦模型透過將碰撞體視為混合成光滑球體的流體質量來簡化影響。這種假設阻止研究者重新創建二元接觸的特徵兩部分形式。巴恩斯利用密西根州立大學網路支援研究所的高效能運算叢集創造了一個更真實的數位環境。在他的模型中，成形物體保留了其結構強度，使它們能夠相互固定，而不是合併成一個球體。
一些早期的解釋是基於奇怪的宇宙事件或不尋常的條件。雖然這些場景是可能的，但它們並不能輕易解釋為什麼此類物件相對常見。
「如果我們相信 10% 的星子天體是接觸雙星，那麼形成它們的過程就不會不尋常，」該論文的主要作者、地球與環境科學教授 Seth Jacobson 說。 “引力塌縮與我們所看到的非常吻合。”
美國太空總署新視野號和柯伊伯帶
2019 年 1 月，美國國家航空暨太空總署 (NASA) 的新地平線號太空船拍攝到雙星接觸的特寫圖像，雙星接觸受到了廣泛關注。這些影像促使科學家仔細觀察更多柯伊伯帶天體，發現十分之一的星子具有這種形狀。在人口稀少的柯伊伯帶，這些遙遠的天體在很少發生碰撞的情況下漂移，使得脆弱的結構得以存活。
柯伊伯帶本身是銀河系早期的遺跡，當時銀河係以氣體和塵埃的旋轉盤形式存在。這種古老的物質仍然存在於這個區域，包括冥王星等矮行星、彗星和眾多的星子。
星子是如何產生和合併的
星子是由圍繞著年輕太陽的塵埃和卵石旋轉盤形成的第一批大型天體之一。與雪花黏在一起形成雪球的方式類似，小顆粒透過重力聚集成更大的簇。
當這些旋轉的雲塌陷時，它們有時會分裂成兩個獨立的物體，開始相互繞行。天文學家經常在柯伊伯帶觀測到這類星子。在巴恩斯的模擬中，夫妻逐漸向內移動。兩個物體並沒有劇烈碰撞，而是輕輕接觸並融合，保持圓形形狀，形成熟悉的雪人形狀。
為什麼關係二元能夠生存
一旦連接在一起，這些物體就可以在數十億年內保持完好無損。巴恩斯認為，長期穩定來自於進一步影響的可能性很小。在遙遠的柯伊伯帶，碰撞很少見。如果沒有破壞性碰撞，就沒有任何東西可以將兩個葉分開。許多雙星物體幾乎沒有隕石坑。
儘管科學家懷疑引力塌縮在二元接觸的形成中發揮了作用，但先前的模型缺乏深入測試這一想法所需的精確物理學。巴恩斯的作品是第一個包含成功複製它們所需的過程的作品。
「我們第一次能夠合理地檢驗這個假設，」巴恩斯說。 “這就是這個角色令人興奮的地方。”
巴恩斯表示，該模型可以幫助研究人員研究涉及三個或更多物體的更複雜的系統。該團隊目前正在開發一種改進的模擬，以更好地表示雲端的行為方式。
隨著未來美國太空總署的任務繼續探索太陽系的深處，雅各布森和巴恩斯希望找到更多雪人形狀的世界。
