Nyní, když víme, že mezihvězdné objekty (ISO) navštěvují naši sluneční soustavu, vědci jim chtějí lépe porozumět. Jak je mohli zajmout? Pokud budou zajati, co se s nimi stane? Kolik jich může být v naší sluneční soustavě?
Jeden tým výzkumníků se snaží najít odpovědi.
S jistotou víme o dvou ISO: Oumuamua a kometa 2I / Borisov . Museli být další, pravděpodobně jich bylo mnoho. Ale teprve nedávno jsme získali technologii, abychom je viděli. Brzy jich pravděpodobně objevíme mnohem více, a to díky novým zařízením, jako je observatoř Vera C. Rubin.
V novém článku předloženém The Planetary Science Journal se trio výzkumníků zabývalo otázkou ISO v naší sluneční soustavě. Název příspěvku je „ O osudu mezihvězdných objektů zachycených naší sluneční soustavou .“ Prvním autorem je Kevin Napier z katedry fyziky na University of Michigan.
V současné době neexistuje žádný spolehlivý způsob, jak identifikovat jednotlivé zachycené objekty. Pokud by astronomové dokázali zachytit ISO v procesu zachycení, bylo by to skvělé. Ale sluneční soustava je strašně složitá, a to ztěžuje identifikaci ISO. „Vzhledem ke složité dynamické architektuře vnější sluneční soustavy není jednoduché určit, zda je objekt mezihvězdného původu,“ píší autoři.
„Oumuamua (L) a kometa 2I/Borisov (R) jsou jediné dvě ISO, o kterých s jistotou víme. Obrazový kredit: Vlevo: Podle originálu: ESO/M. KornmesserDerivative: nagualdesign – derivát http://www.eso.org/public/images/eso1737a/, zkrácený (65 %) a zčervenalý a ztmavený, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w /index.php?curid=64730303. Vpravo: NASA, ESA a D. Jewitt (UCLA) – https://imgsrc.hubblesite.org/hvi/uploads/image_file/image_attachment/31897/STSCI-H-p1953a-f-1106×1106.png, Veřejné Doména, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=83146132
Nebylo mnoho příležitostí studovat Oumuamua nebo Borisov. Podle jejich označení byly identifikovány jako ISO hyperbolická nadměrná rychlost. To znamená, že objekt má správnou trajektorii a dostatečně vysokou rychlost, aby unikl gravitaci centrálního objektu. V tomto případě je centrálním objektem samozřejmě Slunce.
Dalo by se tedy ISO zachytit? Celkem pravděpodobně. „Prvním krokem k pečlivému zkoumání této otázky je vypočítat průřez zachycení pro mezihvězdné objekty jako funkci hyperbolické nadměrné rychlosti…“ píší autoři.
Ale to je podle autorů jen první krok. 'Ačkoli průřez poskytuje první krok k výpočtu hmotnosti cizích hornin sídlících v naší sluneční soustavě, potřebujeme také znát životnost zachycených objektů.' Výzkumníci vypočítali životnost objektů pomocí simulací, pokusili se pochopit, co se s nimi v průběhu času děje v naší sluneční soustavě, a poté přišli s aktuálním soupisem zachycených ISO.
Výzkumníci identifikovali tři obecné trendy:
- Aby zachycené objekty přežily déle než několik milionů let, musí nějakým způsobem zvednout svá pericentra za Jupiter. (V tomto případě přežití znamená zůstat vázán na sluneční soustavu.)
- Objekty na velmi nakloněných drahách mají tendenci přežít déle než ty na rovinných drahách.
- Žádný objekt nezískal trvalý transneptunský status (tjco= 30 AU.)
V prvním případě, pokud ISO nedokáže zvednout své pericentrum za Jupiter, bude pravděpodobně vtaženo do plynného obra a zničeno. Ve druhém případě je u objektů na velmi nakloněných drahách méně pravděpodobné, že se setkají s planetou, protože většinu času jsou mimo rovinu Sluneční soustavy. Objekty na planárních drahách s větší pravděpodobností narazí na planetu, budou rozrušeny a vyslány zpět do mezihvězdného prostoru. Ve třetím případě je pro ISO obtížné dosáhnout trvalého transneptunského statusu, protože by to vyžadovalo velmi nepravděpodobný řetězec událostí.
Tento obrázek ze studie ukazuje některé výsledky simulace. Každá modrá čára je individuální ISO. Horní představuje vzdálenost oskulačního pericentra v AU. Spodní část ukazuje sklon ve stupních. V jejich simulacích se jednotlivé objekty stanou rozlišitelnými až po asi 100 milionech let. Když modrá čára skončí, ISO opustil sluneční soustavu. Obrazový kredit: Napier et al 2021.
Simulace mají určitá omezení, která autoři vysvětlují. Zohledňovali pouze čtyři největší planety sluneční soustavy a Slunce. Menší tělesa buď nejsou hmotná, aby měla velký účinek, nebo jaký účinek by měla, je zastíněno Sluncem. Rovněž ignorují uvolňování plynu, radiační tlak ze Slunce nebo odpor planetárních atmosfér, což by bylo tak jako tak extrémně vzácné a pravděpodobně neovlivní výsledky. „Každá z těchto aproximací je poměrně skromná, takže jejich zahrnutí by v našich závěrech znamenalo relativně malý rozdíl,“ vysvětlují.
Celkově simulace ukazuje, že v průběhu času by většina zachycených těles byla vyvržena ze sluneční soustavy. Chvíli to však trvá. Je to proto, že většina ISO by jednoduše prošla systémem a ty, které byly zachyceny na nestabilní oběžnou dráhu nějakého typu, by před vyhozením prošly mnoha oběhy, v této práci 30. Je to proto, že zachycené objekty mají obvykle hlavní poloosy 1 000 AU s oběžnými dobami asi 30 000 let. Trvá tedy nejméně jeden milion let, než bude možné vysunout zachycené ISO.
Tento údaj ze studie ukazuje přežívající zlomek zachycených ISO v průběhu času. Černé body představují data ze simulace a modrá čára nejlépe odpovídá rovnici. Trvá nejméně asi 1 milion let, než dojde k dostatečnému oběhu pro vyhození ISO. Obrazový kredit: Napier et al 2021.
Výzkumníci také vypočítali populace zachycených ISO, které by mohly být v současné době v naší sluneční soustavě. Poukazují na to, že existují dvě odlišná časová období, kdy lze zachytit objekty, které jsou zajímavé. První je v raných dnech Sluneční soustavy, kdy je Slunce stále ve své rodící se kupě hvězd a objekty z této kupy lze zachytit. Druhý je, když Slunce sídlí v poli.
Ve svých simulacích použilo trio vědců 276 691 synteticky zachycených mezihvězdných objektů. Z nich pouze 13 přežilo 500 milionů let a pouze tři objekty přežily jednu miliardu let. Tyto výsledky však přicházejí s podrobnými výhradami, které jsou nejlépe vysvětleny v samotném článku.
Autoři poukazují na to, že jejich simulace mohou být užitečné pro pochopení panspermie. Pokud chemikálie nezbytné pro život, nebo dokonce život samotný, mohou nějak cestovat mezi slunečními systémy, ISO pravděpodobně hrají roli. Možná nejvýraznější role.
Zmiňují také scénář Planet Nine. Jeden z autorů tohoto článku, Konstantin Batygin, spolu s Michaelem E. Brownem předpokládali takzvanou planetu devět. Hypotéza planety devět uvádí, že na široké oběžné dráze s hlavní poloosou 400 až 800 AU se nachází další planeta o hmotnosti 5 až 10násobku hmotnosti Země. Planeta Devět, pokud existuje, by trvalo 10 000 až 20 000 let, než by dokončila jeden oběh kolem Slunce.
Podle tohoto dokumentu, když byla planeta Devět zahrnuta do simulací, „…poskytla bohatou dynamiku, která se neobjevila v simulacích zahrnujících pouze čtyři známé obří planety“.