Toen Oumuamua in 2017 door ons zonnestelsel reisde, viel het mensen over de hele wereld op. Het was het eerste interstellaire object (ISO) dat ooit door astronomen is gedetecteerd.
Toen, in augustus 2019, reisde komeet 2I Borisov door ons zonnestelsel en werd daarmee de tweede ISO die een bezoek bracht. Samen hebben de ISO-bezoeken geleid tot een golf van onderzoek en speculatie.
Er zullen zeker meer ISO’s zijn dan deze twee, en een nieuwe studie zegt dat ons zonnestelsel waarschijnlijk enkele van deze interstellaire bezoekers heeft gevangen, hoewel ze niet lang blijven.
Hoewel ISO’s zeldzaam zijn, is het zonnestelsel oud en hebben velen het waarschijnlijk bezocht. Astronomen geloven dat sommige van deze objecten kunnen worden vastgelegd in banen om de zon.
Deze studie gaat dieper in op ISO-opname en test het idee dat sommige ISO’s kunnen worden vastgelegd in banen die zich dicht bij de aarde bevinden in plaats van in banen om de zon. De onderzoekers achter het werk zeggen dat er een stabiele populatie van ISO’s in een baan om de aarde kan zijn.
“Interstellaire objecten bieden een uniek mechanisme voor het onderzoeken van de vorming en evolutie van planetaire systemen, inclusief de onze.”
Het vinden van kleine objecten in de ruimte is buitengewoon moeilijk. De enige beelden die we van andere zonnestelsels krijgen, zijn ofwel van hun sterren of vage beelden van een vreemde exoplaneet. Soms zien astronomen puinschijven en andere kenmerken, maar het detail ontgaat hen.
Het is dus leuk dat andere zonnestelsels de vreemde onbedoelde afgezant onze kant op sturen. Het bestuderen van deze ISO’s is een manier om inzicht te krijgen in andere zonnestelsels en hoe ze zich vormen en evolueren.
De auteurs van dit artikel zeggen dat ISO’s een unieke kans bieden om “… de vorming en evolutie van planetaire systemen te onderzoeken, inclusief de onze.”
Ze wijzen er ook op dat de vraag of ze nu in ons zonnestelsel bestaan, een belangrijk aandachtspunt is voor astronomen.
“Hoewel zeldzaam”, schrijven ze, “kunnen ISO’s worden vastgelegd in gebonden banen van verschillende planeten in het zonnestelsel.”
Het artikel is “Close Encounters of the Interstellar Species: Exploring the Presence of Interstelllar Objects in Near-Earth Orbit.” De eerste auteur is Diptajyoti Mukherjee, een afgestudeerde student Computationele Astrofysica aan de Carnegie Mellon University’s Department of Physics. De andere auteurs zijn Hy Trac, Amir Siraj en Avi Loeb. De paper is nog niet door vakgenoten beoordeeld.
Recent onderzoek heeft ons laten zien dat het aanstaande Vera Rubin Observatory maar liefst vijf ISO’s per jaar zou kunnen vinden, en dat de Oort Cloud, als die bestaat, meer ISO’s kan bevatten dan oorspronkelijke objecten in het zonnestelsel. Ander onderzoek toont aan dat kosmische straling de meeste ISO’s tot niets kan eroderen. Andere kranten hebben aangetoond dat veel ISO’s naar Jupiter zouden worden getrokken en vernietigd.
Maar geen van hen keek specifiek naar geregistreerde ISO’s in banen die zich in de buurt van de aarde bevinden.
De studie is gebaseerd op numerieke simulaties, waarbij elk deeltje in de simulaties een potentiële ISO vertegenwoordigt in een andere baan buiten het zonnestelsel. De simulaties zijn sterk afhankelijk van verstrooiingseffecten, waarbij een binnenkomend deeltje op verschillende manieren wordt gestoord door de aarde, de maan, de zon en Jupiter, op verschillende gecombineerde manieren.
Het onderzoek omvat dwarsdoorsneden van ruimte en snelheid die ertoe leiden dat ISO’s worden vastgelegd in banen die zich dicht bij de aarde bevinden. De onderzoekers noemen dit capture-dwarsdoorsneden en na een lange reeks simulaties van N-body-verstrooiing hebben ze trends geïdentificeerd.
- Deze figuur uit de studie toont enkele van de deeltjessimulaties in het onderzoek. In hun eerste scenario bestaat het gesimuleerde systeem alleen uit de zon en het aarde-maansysteem. Het doel was om het effect van de gigantische planeten te isoleren. (Mukherjee et al. 2023)
Hun resultaten laten zien dat de massieve Jupiter een dominante rol speelt. De doorsneden aarde-maan en Jupiter “… domineren de verovering van interstellaire objecten in banen nabij de aarde met een factor 104 in vergelijking met die van de aarde-maan”.
- Dit cijfer uit het onderzoek vergelijkt de ISO-opname-efficiëntie van Jupiter in banen nabij de aarde in vergelijking met de aarde-maan-efficiëntie. De wiskunde is behoorlijk gecompliceerd, maar in feite laat de x-as een te hoge snelheid zien, en naarmate deze toeneemt, neemt de opname-efficiëntie af. (Mukherjee et al. 2023)
Toen de auteurs hun resultaten vergeleken met de werkelijke verspreiding van bekende kleine lichamen in ons zonnestelsel, kwam er iets opmerkelijks naar voren. Als er een ISO zou worden opgenomen, zou dit waarschijnlijk resulteren in een gemiddelde afstand tot de zon van meer dan 10 AU. Ze wijzen erop dat de Centauren hier zijn.
Centauren zijn kleine zonnestelsellichamen met onstabiele banen als gevolg van interacties met de gigantische planeten. Zouden de ISO’s zich kunnen verstoppen tussen de centauren?
“ISO’s die verborgen zijn tussen Centaurs zijn overwogen door Siraj & Loeb (2019), maar er wordt niet aangenomen dat Centaurs van interstellaire oorsprong zijn”, schrijven ze. “Onze studie suggereert echter dat het nader onderzoek verdient.”
- Deze figuur uit het onderzoek toont de verdeling van baanparameters voor bekende kleine hemellichamen in het zonnestelsel versus vastgelegde ISO’s. Het linkerpaneel toont de astronomische eenheden, het middelste paneel toont de excentriciteit van de baan en het rechterpaneel toont de helling. (Mukherjee et al. 2023)
Vastgelegde ISO’s hebben waarschijnlijk geen erg stabiele trajecten. De gegevens van het team laten zien hoe ISO’s kunnen worden vastgelegd in banen die zich dicht bij de aarde bevinden, maar ernaar zoeken in die eerste banen kan vruchteloos blijken te zijn. Het zou te gemakkelijk zijn, nietwaar? De natuur geeft zelden zo gemakkelijk haar geheimen prijs.
“We waarschuwen de lezer dat dit geen volledige weergave is van de huidige ISO’s die zijn vastgelegd door de aarde en Jupiter (indien aanwezig)”, leggen ze uit.
Het team voerde een aantal baanberekeningen op lange termijn uit voor een subset van vastgelegde ISO’s van maximaal 10 miljoen jaar om hun overleving te testen. Ze ontwierpen de overleving van objecten in hun banen nabij de aarde. Sommige ISO’s kunnen ontsnappen uit de oorspronkelijke opnamebaan naar een andere opnamebaan, maar deze ISO’s ontsnappen niet aan deze poging.
- Deze figuur uit de studie toont de overlevingsfractie van gevangen interstellaire NEO’s als functie van de levensduur in gebonden NEO-banen. Het laat zien dat slechts 0,1-1 procent van de vastgelegde objecten 10 Myr NEO-banen overleeft, wat aanzienlijk korter is dan de levensduur van bekende NEO’s. (Mukherjee et al. 2023)
Zodra een vastgelegde ISO zijn baan nabij de aarde verlaat, verlaat het ofwel het zonnestelsel of neemt het een nieuwe baan met een groter perihelium en een halve lange as. Maar objecten die door de aarde zijn vastgelegd, hebben een gemiddelde overlevingskans die twee of drie keer zo groot is als die van Jupiter.
Als er ISO’s in een baan om de aarde worden vastgelegd, duren ze niet lang. ISO’s die door Jupiter in banen nabij de aarde zijn vastgelegd, hebben een halfwaardetijd van ongeveer 50.000 jaar. Die gevangen door de Aarde-Maan hebben een halfwaardetijd van ongeveer 130.000 jaar. Een andere manier om hiernaar te kijken is dat de populatie ISO’s die door Jupiter zijn vastgelegd in slechts 800.000 jaar afneemt tot 10 procent van de oorspronkelijke fractie. Voor ISO’s die zijn vastgelegd vanaf de aarde-maan, is dit 2,1 miljoen jaar.
Maar veel van deze objecten zullen extreem klein zijn, in niets zoals Oumaumua of komeet Borisov. De bevolking wordt gedomineerd door ISO’s van ongeveer 1 meter in doorsnee. Een object als Borisov of Umuamua zou op geen enkele manier worden gevangen, tenzij we het kunstmatig deden.
Als we ooit een van deze geregistreerde ISO’s gaan vinden, zal dat afhangen van faciliteiten zoals het Vera Rubin Observatory en de Legacy Survey of Space and Time. Het is een gepland tienjarig onderzoek van de zuidelijke hemel dat ergens na het eerste licht in augustus 2024 zou moeten beginnen.
Het zal herhaaldelijk de lucht in beeld brengen en kleine objecten vinden die door het zonnestelsel bewegen. Sommige schattingen zeggen dat het een paar objecten ter grootte van Oumuamua per jaar zal vinden.
Volgens de auteurs zou er een grotere populatie van vastgelegde ISO’s verborgen kunnen zijn tussen andere NEO’s. Dit toont de noodzaak aan om ze in meer detail te bestuderen. De beste manier om ze te bestuderen is door naar buiten te gaan en een van de ouderlingen te ontmoeten.
ESA’s Comet Interceptor-missie zou precies dat kunnen doen. Op basis van een voorafgaande kennisgeving van een nabije ISO die door het Vera Rubin Observatory wordt verstrekt, zou een robotachtig ruimtevaartuig kunnen wachten op het 2 LaGrange Zon-Aarde-punt totdat een geschikte ISO is gevonden. De Interceptor kan dan worden gestuurd om hem te onderscheppen, te observeren en een monster van zijn staart te verzamelen.
ESA werkt samen met JAXA, de Japanse ruimtevaartorganisatie, en zij zijn van plan om de Comet Interceptor in 2029 te lanceren.
“Door gevangengenomen interstellaire objecten te detecteren en te bestuderen,” rapporteren de auteurs, “kunnen we meer te weten komen over de eigenschappen en oorsprong van dergelijke objecten, evenals over de vorming en evolutie van exoplanetaire systemen, zelfs ons eigen zonnestelsel.”
Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd door Universe Today. Lees het originele artikel.
