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揭开宇宙雪人的面纱：科学家揭示阿罗科斯独特的形成之谜
2019年1月1日，美国宇航局（NASA）的新视野号（New Horizons）任务创造了历史，成为首个近距离飞越阿罗科斯（Arrokoth）的航天器。阿罗科斯是位于冥王星轨道之外的柯伊伯带天体（KBO）。然而，更大的成就不仅仅是飞越本身，而是它所拍摄的图像，这些图像揭示了一个具有独特雪人状轮廓的天体，令全世界的天文学家感到惊讶和困惑。自那时起，科学家们就一直在激烈争论，在太阳系寒冷遥远的区域，这种奇特的天体是如何形成的。现在，密歇根州立大学（MSU）的研究人员认为他们找到了答案，而且这个答案出奇地简单：引力坍缩。
阿罗科斯位于柯伊伯带，这是一个位于海王星轨道之外的广阔冰冷区域，其中充满了数百万个冰体，通常被称为“冰小行星”。这些天体是太阳系早期原始的遗迹，保留了近45亿年前的条件和组成。类行星，即行星的基石，也同样是在年轻的太阳经历引力坍缩后，由围绕太阳旋转的气体和尘埃盘形成的。令阿罗科斯如此令人费解的是，大约每10个柯伊伯带天体中就有1个实际上是“接触双星”——两个独立的物体以一种看似极其温和的方式合并在一起，形成了像雪人这样独特的形状。
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以前的计算模型长期以来一直难以解释这种形成方式。这些模型，通常基于流体动力学，有效地排除了天体形成这种独特而稳定形状的可能性。此外，其他假定独特事件或罕见现象的理论无法解释这些接触双星的普遍性。挑战在于找到一种机制，它不仅能解释阿罗科斯特定的形状，还能解释它为何是更广泛的宇宙天体类别的一部分。
密歇根州立大学的团队，由研究生杰克逊·巴恩斯（Jackson Barnes）领导，并在论文资深作者塞斯·雅各布森（Seth Jacobson）教授的指导下，投入了研究。该团队利用密歇根州立大学在网络化研究学院（ICER）的高性能计算集群，开发了开创性的模拟。与之前的模拟不同，这些模拟首次以引力坍缩原理为基础。结果令人震惊：模拟不仅成功地再现了阿罗科斯独特的雪人轮廓，而且还创造了一个更真实的场景，其中这些天体定期形成。正如雅各布森教授在密歇根州立大学的新闻稿中解释的那样：“如果我们认为10%的原行星天体是接触双星，那么形成它们的过程就不可能是罕见的。引力坍缩与我们观察到的情况非常吻合。”
这些模拟展示了一个引人入胜的过程：在太阳系早期，当原行星在旋转物质盘中形成时，这些天体有时会被盘面的旋转力撕裂，形成两个独立的物体，然后它们会相互绕行。随着时间的推推移，这些物体的轨道会逐渐向内螺旋，直到它们接触并融合在一起，重要的是，它们会保持其原始的圆形形状。这种温和的合并过程是保留独特雪人状外观的关键，因为它不涉及可能使结构变形的剧烈碰撞。
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此外，他们的结果表明，这些接触双星通过有效避免与其他物体的碰撞而保持完整，这一观察结果与现实世界的数据完美吻合；大多数双星都没有陨石坑的迹象。这一发现证实了科学家们长期以来怀疑但无法通过实验验证的事情。巴恩斯及其同事创建的模型是第一个通过准确考虑必要物理学来成功再现接触双星的模型。该团队并未止步于此；他们目前正在开发一个新的模拟，以更好地模拟引力坍缩过程，他们希望这将能够预测在外太阳系中发现的其他奇特天体。这项开创性研究，“引力坍缩直接形成接触双星原行星”，发表在《皇家天文学会月报》（MNRAS）上，为我们理解太阳系起源开启了新篇章。
