Der kan være meteorer, der rejser tæt på lysets hastighed, når de rammer atmosfæren

Det er ingen hemmelighed, at planeten Jorden lejlighedsvis bliver mødt af klipper fra rummet, der enten eksploderer i atmosfæren eller rammer overfladen. Ud over, Jorden oplever regelmæssigt meteorregn, når den passerer gennem skyer af affald i solsystemet. Imidlertid, det er også blevet fastslået, at Jorden regelmæssigt bombarderes af genstande, der er små nok til at gå ubemærket hen - omkring 1 mm eller deromkring i størrelse.

Ifølge en ny undersøgelse foretaget af Harvard-astronomerne Amir Siraj og prof. Abraham Loeb, det er muligt, at Jordens atmosfære bliver bombarderet af større meteorer – 1 mm til 10 cm (0,04 til 4 tommer) – som er ekstremt hurtige. Disse meteorer, de argumenterer, kunne være resultatet af nærliggende supernovaer, der accelererer partikler til sub-relativistiske eller endda relativistiske hastigheder - fra flere tusinde gange lydens hastighed til en brøkdel af lysets hastighed.

Deres studie, med titlen "Observationelle signaturer af sub-relativistiske meteorer", for nylig dukket op på arXiv pre-print server og er blevet indsendt til Astrofysisk tidsskrift . Deres arbejde adresserer et igangværende mysterium inden for astrofysik, hvilket er, om udstødningen skabt af en supernova kan accelereres til relativistiske hastigheder og rejse gennem det interstellare medium for at nå Jordens atmosfære.

Eksistensen af ​​denne slags meteorer, som ville måle omkring 1 mm i diameter (0,04 tommer), er blevet foreslået af flere astronomer i fortiden, herunder Lyman Spitzer og Satio Hayakawa. Spørgsmålet om, hvorvidt de kunne overleve turen gennem det interstellare rum, er også blevet studeret indgående. Som Siraj forklarede til Universe Today via e-mail:

"Empiriske beviser tyder på, at mindst én supernova tidligere har regnet med tunge grundstoffer på Jorden. Supernovaer er kendt for at frigive betydelige mængder støv ved sub-relativistiske hastigheder. Vi ser også tegn på klumpethed eller 'kugler' i supernovaudstødning. Fraktionen massen indeholdt i små klumper er ukendt, men hvis kun 0,01 % af støvudkastet er indeholdt i genstande af millimeterstørrelse eller større, vi ville forvente, at en dukkede op i Jordens atmosfære som en sub-relativistisk meteor hver måned (baseret på antallet af supernovaer i Mælkevejsgalaksen)."

På trods af et solidt teoretisk grundlag, tilbage står spørgsmålet om, hvorvidt meteorer større end et støvkorn kommer ind i Jordens atmosfære med subrelativistiske eller relativistiske hastigheder. Disse ville være meteorer, der måler 1 mm (0,04 in), 1 cm (0,4 tommer), eller 10 cm (4 tommer) i diameter. Meget af problemet har at gøre med vores nuværende søgemetode, som simpelthen ikke er sat op til at lede efter den slags genstande.

"Meteorer rejser typisk tæt på 0,01% af lysets hastighed, " sagde Siraj. "Derfor, aktuelle søgninger er indstillet til at finde signaler fra objekter, der bevæger sig med den hastighed. Meteorer fra supernovaer ville rejse hundrede gange hurtigere (omkring 1 % af lysets hastighed), og så deres signaler ville være væsentligt forskellige fra typiske meteorer, gør dem let overset af aktuelle undersøgelser."

Af hensyn til deres studie, Siraj og Loeb udviklede en hydrodynamisk og strålingsmodel til at spore udviklingen af ​​varme plasmacylindre, der er resultatet af subrelativistiske meteorer, der passerer gennem atmosfæren. Fra dette, de var i stand til at beregne, hvilken slags signaler der ville blive produceret, derved give en indikation af, hvad astronomer bør være på udkig efter. Som Siraj forklarede:

"Vi finder ud af, at en sub-relativistisk meteor ville give anledning til en chokbølge, der kunne opfanges af en mikrofon, og også et lyst glimt af stråling, der er synligt i optiske bølgelængder - begge varer i omkring en tiendedel af et millisekund. For meteorer så små som 1 mm, en lille optisk detektor (1 kvadratcentimeter) kunne nemt registrere lysglimt ud til horisonten."

Med det i tankerne, Siraj og Loeb skitserede den slags infrastruktur, der ville gøre det muligt for astronomer at bekræfte eksistensen af ​​disse objekter og studere dem. For eksempel, nye undersøgelser kunne inkorporere infralydsmikrofoner og optisk-infrarøde instrumenter, der ville være i stand til at detektere den akustiske signatur og optiske glimt skabt af disse objekter, der trænger ind i vores atmosfære og de resulterende eksplosioner.

Baseret på deres beregninger, de anbefaler, at et globalt netværk på omkring 600 detektorer med all-sky dækning, som kunne detektere et par af disse typer meteorer om året. Der er også mulighed for at gennemsøge eksisterende data efter tegn på subrelativistiske og relativistiske meteorer. Sidst men ikke mindst, der er mulighed for at bruge eksisterende infrastruktur til at lede efter tegn på disse objekter.

Et godt eksempel på dette, Siraj forklarede, er at finde i NASA's Center for Near-Earth Object Studies (CNEOS) netværk og database:"Derudover, vi bemærker, at den amerikanske regerings globale klassificerede netværk af sensorer (inklusive mikrofoner og optiske detektorer), der leverer CNEOS Fireball og Bolide-databasen sandsynligvis omfatter en egnet eksisterende infrastruktur. Vi opfordrer indtrængende den amerikanske regering til at afklassificere bredere dele af CNEOS-dataene, så videnskabsmænd kan søge efter sub-relativistiske meteorer uden at bruge flere skatteyderpenge på at udvikle et nyt globalt netværk - med et allerede i drift!"

Gevinsten for dette ville være intet mindre end evnen til at studere et helt nyt sæt objekter, der regelmæssigt interagerer med Jordens atmosfære. Det ville også give et nyt perspektiv til studiet af supernovaer ved at give astronomer mulighed for at lægge vigtige begrænsninger på de ejecta, de producerer. Med det i tankerne, en lavpris, globale netværk af all-sky-kameraer synes investeringen værd.