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这张图像由NASA的新视野号探测器在飞掠柯伊伯带天体2014MU69（非正式名称为天涯海角）期间拍摄，是迄今对该遥远太阳系古老天体最清晰的观测，也是人类首个近距离探测的小型柯伊伯带天体。 图片来源：NASA约翰斯霍普金斯大学应用物理实验室西南研究所

外太阳系中的宇宙雪人可能源于一种出人意料的简单引力相互作用。

天文学家多年来一直对太阳系外围存在的一种奇特模式感到困惑：大量位于海王星轨道之外的冰质天体呈现出雪人状，即由两个近似球形的瓣状结构连接而成。如今，密歇根州立大学的研究人员提出了一种简洁明了的机制，用以解释这类特殊形状的形成过程。

在火星与木星之间动荡的小行星带之外，是海王星轨道以外广阔的柯伊伯带，这里充满了太阳系形成初期遗留下来的冰冻天体。这些古老的天体被称为星子，本质上是行星最初的构成单元。其中约百分之十属于接触双星，即由两个相互连接的球状体组成，外形酷似雪人弗罗斯蒂。长期以来，科学家一直不清楚这类结构精巧的天体如何能自然形成。

引力坍缩模拟

杰克逊巴恩斯创建了这一计算机模拟，展示了接触双星的双叶状外形如何通过引力坍缩形成。图片来源：密歇根州立大学雅各布森实验室

一个模拟雪人形状世界的程序

密歇根州立大学研究生杰克逊巴恩斯开发了首个能够通过引力坍缩过程自然生成此类双瓣状天体的计算机模拟。他的研究成果发表于《英国皇家天文学会月刊》。

早期模型将碰撞过程简化为类似柔软流体团块的物体相互融合，最终形成光滑球体。这种处理方式无法再现接触双星所特有的双瓣结构。借助密歇根州立大学网络赋能研究所（ICER）的强大计算资源，巴恩斯构建了更为真实的模拟系统。该模型允许正在形成的天体保持自身结构完整性，从而使其能够彼此靠拢并稳定接触，而非融合成单一的圆形质量体。

其他解释曾提出罕见的宇宙事件或异常条件，但这些情形难以轻易解释为何约十分之一的星子具有这种形状。

如果我们认为10%的星子天体是接触双星，那么形成它们的过程就不可能罕见，地球与环境科学教授、该论文资深作者塞思雅各布森表示，引力坍缩机制与我们已观测到的现象非常吻合。

NASA的新视野号航天器观测了天涯海角（柯伊伯带天体2014MU69）

这段短片展示了美国国家航空航天局（NASA）新视野号探测器在飞越柯伊伯带天体2014MU69（昵称天涯海角）期间所拍摄的景象。该天体是人类探测器迄今造访过的最遥远、最原始的太阳系天体之一。影像资料来源：NASA

NASA的新视野号与柯伊伯带

新视野号探测器传回的近距离图像激发了人们对接触双星的浓厚兴趣。这些清晰的照片促使科学家重新审视其他柯伊伯带天体，发现这类形似雪人的天体比原先认为的更为普遍。在相对空旷的柯伊伯带中，天体运行时受到的扰动较少，因此发生毁灭性碰撞的可能性较低。

柯伊伯带本身是早期银河系的遗迹，当时银河系仍是一个由气体和尘埃组成的旋转盘状结构。那个时代遗留下来的物质至今仍存在于这一遥远区域，包括冥王星等矮行星、彗星以及无数微行星。

杰克逊巴恩斯在计算机模拟中创建了这一接触双星模型，展示了双叶状结构可通过引力坍缩形成。图片来源：密歇根州立大学雅各布森实验室

引力坍缩如何形成密接双星

星子是原始尘埃与卵石盘中最早形成的具有一定规模的天体。其形成过程类似于雪花聚集成雪球：微小颗粒在引力作用下相互聚集，逐渐形成越来越大的团块。

在某些情况下，一团旋转的物质云会向内坍缩，并分裂成两个独立的天体，随后彼此环绕运行。天文学家经常在柯伊伯带观测到这类双星系统。在巴恩斯的模拟中，这对相互环绕的天体逐渐螺旋靠近。它们并未发生剧烈碰撞，而是轻柔接触并最终融合，同时保持各自近似球形的外形，从而形成典型的雪人状结构。

一旦结合，这些天体可保持完整状态长达数十亿年。据巴恩斯所述，关键在于其孤立性。在稀疏的太阳系外缘区域，碰撞事件极为罕见。若无撞击事件将其解体，已融合的天体便会持续保持连接状态。许多双星天体表面仅显示出极少的严重撞击坑痕迹。

检验一个长期存在的假设

科学家长期以来一直推测，引力坍缩可能是形成相接双星的原因，但早期模型缺乏足够的详细物理机制来证实这一假说。巴恩斯的模拟首次完整地包含了再现这类结构所必需的关键物理条件。

我们首次能够以合理的方式验证这一假设，巴恩斯表示，这正是这篇论文令人兴奋之处。

他认为该模型还有助于揭示涉及三个或更多物体的更复杂系统。研究团队正在持续优化其模拟方法，以更准确地刻画气体云坍缩过程的行为。