Кілька міжзоряних об’єктів увійшли в нашу Сонячну систему

Коли Оумуамуа подорожував нашою Сонячною системою ще в 2017 році, люди в усьому світі звернули на це увагу. Це був перший міжзоряний об’єкт (ISO), ідентифікований астрономами.

Потім у серпні 2019 року комета 2I Борисов подорожувала нашою Сонячною системою, ставши другою ISO, яка відвідала її. Разом відвідувачі ISO викликали хвилю запитів і спекуляцій.

Обов’язково буде більше ISO, ніж ці два, і нове дослідження говорить, що наша Сонячна система, ймовірно, зафіксувала деяких із цих міжзоряних відвідувачів, хоча вони не залишаються надовго.

Хоча ISO зустрічаються рідко, Сонячна система стара, і багато хто, ймовірно, її відвідували. Астрономи вважають, що деякі з цих об’єктів можна зафіксувати на сонячних орбітах.

У цьому дослідженні ближче розглядається захоплення ISO та перевіряється ідея, що деякі ISO можуть бути захоплені на навколоземних орбітах, а не на сонячних. Дослідники, які стоять за роботою, кажуть, що на навколоземній орбіті може бути постійна популяція ISO.

«Міжзоряні об’єкти є унікальним механізмом для дослідження формування та еволюції планетних систем, включаючи нашу власну».

Знайти крихітні об’єкти в космосі надзвичайно складно. Єдині зображення інших сонячних систем, які ми отримуємо, це або їхні зірки, або слабкі зображення дивної екзопланети. Іноді астрономи виявляють уламкові диски та інші елементи, але дрібні деталі вислизають.

Тож добре, що інші сонячні системи надсилають дивних мимовільних емісарів до нас. Вивчення цих ISO є одним із способів отримати уявлення про інші сонячні системи та про те, як вони формуються та еволюціонують.

Автори цієї статті кажуть, що ISO надають унікальну можливість «…дослідити формування та еволюцію планетних систем, включаючи нашу власну».

Вони також зазначають, що для астрономів важливо, чи є вони зараз у нашій Сонячній системі.

«Хоча це рідко, — пишуть вони, — ISO можуть бути захоплені на обмежені орбіти різними планетами Сонячної системи».

Стаття називається « Близькі зустрічі міжзоряного типу: дослідження присутності міжзоряних об’єктів на навколоземній орбіті ». Першим автором є Діптайоті Мукерджі, аспірант кафедри обчислювальної астрофізики з фізичного факультету Університету Карнегі-Меллона. Інші автори — Хай Трак, Амір Сірадж і Аві Леб. Стаття ще не пройшла рецензування.

Нещодавні дослідження показали, що майбутня Обсерваторія Віри Рубін може знаходити до п’яти ISO на рік і що Хмара Оорта, якщо вона існує, може містити більше ISO , ніж рідні об’єкти Сонячної системи. Інші дослідження показують, що космічні промені можуть зруйнувати більшість ISO . Інші документи показали, що багато ISO будуть затягнені на Юпітер і знищені.

Але ніхто з них спеціально не досліджував захоплені ISO на навколоземних орбітах.

Дослідження базується на чисельному моделюванні, де кожна частинка в моделюванні представляє потенційну ISO на іншій траєкторії, що походить за межі Сонячної системи. Симуляції значною мірою базуються на ефектах розсіювання, коли на вхідну частинку по-різному впливають Земля, Місяць , Сонце та Юпітер різними способами.

Дослідження включає в себе поперечні перерізи простору та швидкості, які призводять до захоплення ISO на навколоземних орбітах. Дослідники називають їх поперечними перерізами захоплення, і після великого набору моделювання розсіювання N-тілами вони визначили тенденції.

Цей малюнок із дослідження ілюструє деякі симуляції частинок у дослідженні. У першому сценарії змодельована система складається лише з Сонця та системи Земля-Місяць. Його метою було виділити ефект планет-гігантів. (Мукерджі та ін. 2023)

Їхні результати показують, що домінуючу роль відіграє масивний Юпітер. Поперечний переріз Земля-Місяць і Юпітер переважають у захопленні міжзоряних об’єктів на навколоземні орбіти в 104 рази порівняно з перерізом Земля-Місяць».

Ця цифра дослідження порівнює ефективність Юпітера у захопленні ISO на навколоземні орбіти порівняно з ефективністю Землі-Місяця. Математика досить складна, але в основному вісь х показує надлишкову гіперболічну швидкість, і коли вона зростає, ефективність захоплення зменшується. (Мукерджі та ін. 2023)

Коли автори порівняли свої результати з фактичним розподілом відомих малих тіл у нашій Сонячній системі, виявилося щось примітне. Якби було зафіксовано ISO, середня відстань від Сонця, ймовірно, перевищувала б 10 астрономічних одиниць. Вони вказують, що саме тут існують кентаври .

Кентаври — невеликі тіла Сонячної системи з нестабільними орбітами через взаємодію з планетами-гігантами. Чи можуть ISO ховатися серед кентаврів?

«ISO, що ховаються серед кентаврів, були досліджені Siraj & Loeb (2019), але жоден із відомих кентаврів не вважається міжзоряним походженням», — пишуть вони. «Однак наше дослідження показує, що більш уважне вивчення може бути заслуговує».

Цей малюнок із дослідження показує розподіл орбітальних параметрів для відомих малих тіл Сонячної системи проти захоплених ISO. Ліва панель показує астрономічні одиниці, середня панель показує орбітальний ексцентриситет, а права панель показує нахил. (Мукерджі та ін. 2023)

Захоплені ISO навряд чи матимуть дуже стабільні орбіти. Дані команди показують, як ISO можна захопити на навколоземні орбіти, але пошук їх на цих початкових орбітах може виявитися марним. Це було б надто легко, чи не так? Природа рідко так легко розкриває свої секрети.

«Ми попереджаємо читача, що це не повне представлення сучасних зображень ISO, захоплених Землею та Юпітером (якщо вони існують). ISO, захоплені в минулому, з часом змінюватимуть свої орбітальні параметри через взаємодію з іншими планетами Сонячної системи. “, – пояснюють вони.

Команда виконала кілька довгострокових орбітальних розрахунків для підмножини захоплених ISO на 10 мільйонів років, щоб перевірити їх виживання. Вони склали схему виживання об’єктів на їхніх навколоземних орбітах. Деякі ISO можуть перейти зі своєї початкової орбіти захоплення на іншу захоплену орбіту, але ці ISO випадають з цієї спроби.

Ця цифра дослідження показує частку виживання захоплених міжзоряних NEO як функцію часу життя на зв’язаних орбітах NEO. Він показує, що лише 0,1-1% захоплених об’єктів виживають на орбітах ОСЗ до 10 млн років, що значно менше, ніж час життя відомих ОСЗ. (Мукерджі та ін. 2023)

Як тільки захоплений ISO покидає свою навколоземну орбіту, він або залишає Сонячну систему, або займає нову орбіту з більшим перигелієм і великою піввіссю. Але об’єкти, захоплені Землею, мають середній рівень виживання в два-три рази, ніж захоплений Юпітером.

Якщо на навколоземній орбіті є захоплені ISO, то вони тривають недовго. ISO, захоплені Юпітером на навколоземні орбіти, мають період напіврозпаду приблизно 50 000 років. Ті, що захоплені Землею-Місяцем, мають період напіврозпаду приблизно 130 000 років. Інший спосіб поглянути на це полягає в тому, що популяція захоплених Юпітером ISO зменшується до 10 відсотків від початкової частки лише за 800 000 років. Для ISO, знятих Землею і Місяцем, це 2,1 мільйона років.

Але багато з цих об’єктів будуть надзвичайно малими, не схожими на Оумаумуа чи комету Борисова. У популяції переважають ІСО діаметром близько 1 метра. Немає можливості, щоб такий об’єкт, як Борисов чи Оумуамуа, міг бути захоплений, якщо ми не зробили це штучно.

Якщо ми коли-небудь знайдемо один із цих захоплених ISO, це буде залежати від обсерваторії Віри Рубін та її спадщини Дослідження простору та часу . Це заплановане десятирічне дослідження південного неба, яке має розпочатися після першого світла в серпні 2024 року.

Він буде багаторазово знімати небо та знаходити маленькі об’єкти, які рухаються Сонячною системою. Деякі оцінки свідчать, що він знаходитиме кілька об’єктів розміром з Оумуамуа на рік.

На думку авторів, може існувати більш значна кількість захоплених ISO, які ховаються серед інших NEO. Це свідчить про необхідність їх більш детального вивчення. Найкращий спосіб вивчити їх — вийти і зустрітися з одним із більших.

Місія ESA Comet Interceptor могла б це зробити. Покладаючись на попереднє повідомлення про наближення ISO, яке надасть обсерваторія Віри Рубін, роботизований космічний корабель може чекати в точці Лагранж 2 Сонце-Земля, доки не буде визначено відповідний ISO. Тоді перехоплювач можна буде відправити, щоб перехопити його, спостерігати за ним і зібрати зразок з його хвоста.

ESA співпрацює з JAXA, Японським космічним агентством, і вони планують запустити Comet Interceptor у 2029 році.

«Виявляючи та вивчаючи захоплені міжзоряні об’єкти, – заявляють автори, – ми можемо дізнатися про властивості та походження таких об’єктів, а також про формування та еволюцію екзопланетних систем і навіть нашої Сонячної системи».