Kaugel Päikesest, jäises ja väheuuritud piirkonnas, peitub põnev mõistatus. Arvatakse, et Neptuuni orbiidist väljaspool eksisteerib struktuur, mis on jäänud peaaegu muutumatuks juba Päikesesüsteemi sünnist saati. See idee lubab täiesti uue pilguga vaadata, kuidas meie kosmiline naabruskond kujunes.
Princetoni ülikooli teadlaste meeskond leidis selle struktuuri jälgi taevakehade orbiite analüüsides. Nende järelduste järgi liigub osa sealsetest objektidest ebatavaliselt korrapäraselt ja stabiilselt. Neid võiks võrrelda hoolikalt säilitatud arheoloogilise leiuga – ainult et kosmilises mastaabis.
Kuigi mõju meie igapäevaelule on nullilähedane, on teaduslik tähtsus tohutu. Nii hästi säilinud struktuur võiks olla justkui väike aken esimestesse miljonitesse aastatesse pärast planeetide sündi. Mida paremini me Kuiperi vööd mõistame, seda selgemaks muutub Päikesesüsteemi varajane ajalugu.
Kuiperi vöö kui kosmiline sügavkülmik
Kuiperi vöö on Päikesesüsteemi kolmas tsoon, mis algab Neptuuni orbiidi taga ja ulatub ligikaudu viiekümne astronoomilise ühikuni. Astronoomiline ühik on kaugus Maa ja Päikese vahel. Selles piirkonnas tiirlevad miljonid jäised kehad, mõned lausa Pluuto mõõtu.
See piirkond ei ole pelk juhuslike jääkamakate kogum. Pigem meenutab see paksu ketast, kuhu on talletunud varase Päikesesüsteemi jäänukid. See on justkui külmutatud arhiiv, kus peitub kõige vanem info planeetide kujunemise ajast Kuiperi vöö piirkonnas.
Just siit otsisid uurijad niidiotsi, mis võiksid selgitada, kuidas hiidplaneedid kujunesid ja milliseid radasid nad oma noorusaastatel läbisid. Kuiperi vöö sobib selleks ideaalselt, sest sealsetele objektidele on sisese Päikesesüsteemi protsessid mõjunud palju vähem. Seetõttu säilivad nende orbiidid kui omamoodi kirje minevikust.
Äsja avastatud sisemine tuum
Teadlased kasutasid DBSCAN-algoritmi, mis aitab tuvastada tihedusel põhinevaid rühmi andmestikes. Nii eristasid nad sisemise tuuma ligikaudu neljakümne kolme astronoomilise ühiku kaugusel. 2011. aastal kirjeldatud juba tuntud tuuma kõrval näib see uus olevat veelgi korrapärasem ja arvatavasti vanem osa struktuurist.
Selle tuuma objektid liiguvad peaaegu ringikujulistel orbiitidel. Nende orbiitide eksentrilisus jääb vahemikku 0,01–0,06 ning hajuvus on ebatavaliselt väike. See tähendab, et miljardite aastate jooksul ei ole nende liikumist oluliselt häirinud ühegi suurema keha gravitatsioonilised mõjud.
Nii stabiilsed orbiidid viitavad võimalusele, et struktuur on jäänud peaaegu puutumatuks alates selle kujunemisest. Kui see nii on, on sealsetel kehadelt väga vähe muutunud ajast, mil planeedid alles oma kohti sisse seadsid. See on üks tugevamaid vihjeid muistsest Päikesesüsteemi geomeetriast.
Kas üks tervik või kaks eraldiseisvat struktuuri?
Siiski jääb õhku küsimus, kas avastatud tuum on iseseisev struktuur või laiemast moodustisest eristatud osa. Uurijad tunnistavad, et nähtav piir sõltub kasutatud algoritmi parameetritest. Kui analüüsi tingimusi muuta, muutub kahe rühma vaheline eristus ähmasemaks.
Sisemine tuum moodustab umbes 7–10 protsenti klassikalistest Kuiperi vöö objektidest. See on märkimisväärne osa, mistõttu on selle päritolu eriti oluline. Põhimõtteliselt on kaks varianti: kas varem tuntud tuum on tegelikult suurem, kui seni arvati, või eksisteeribki kaks eri tekkelooga struktuuri.
Mõlemad võimalused mõjutavad tõsiselt mudeleid, mis kirjeldavad Päikesesüsteemi varajast arengut. Kui tuumad on erineva tekkelooga, pidi ka nende kujunemise keskkond erinema. See võiks anda võimaluse taastada täpsema hiidplaneetide rände ajajoone.
Mida see räägib Neptuuni rändest?
Üks võimalik seletus tugineb ideele, et Neptuun ei liikunud oma praegusele orbiidile sujuvalt, vaid tegi seda hüpetena. Sellised järsud nihked võisidki kujundada nii vana kui ka äsja avastatud tuuma. See hüpotees sobitub ettekujutusega noorest Päikesesüsteemist kui dünaamilisest ja kaootilisest keskkonnast.
Teadlased usuvad, et sisemine tuum võib osutuda võtmetükiks mõistatuse lahendamisel, kuidas täpselt hiidplaneedid liikusid. See võib ühtlasi paljastada, millises keskkonnas Päikesesüsteem üldse kujunes ja milliseid tähtedevahelisi piirkondi ta oma varases ajaloos läbis. Mida rohkem me selle struktuuri kohta teada saame, seda terviklikumaks muutub meie pilt Päikesesüsteemi noorusest.
Tuleviku vaatlusprojektid ja masinõppe roll
Lõplikumaid vastuseid loodetakse saada uute vaatluste abil. „Vera C. Rubini” observatooriumi taevaülevaate projekt peab lähiaastatel andma hulgaliselt uusi andmeid Kuiperi vöö objektide orbiitide kohta. Seni toetuvad teadlased olemasolevatele vaatlustele ja teoreetilistele mudelitele.
Juba praegu näitab see „arXivis” avaldatud avastus, kuidas masinõpe aitab leida varjatud mustreid kosmilistes andmestikes. Tihedusel põhinevad algoritmid, nagu DBSCAN, võivad tulevikus paljastada veelgi enam seni märkamatuks jäänud struktuure meie Päikesesüsteemi äärealadel.
