Hvad sker der med interstellare objekter fanget af solsystemet?

Nu hvor vi ved, at interstellare objekter (ISO'er) besøger vores solsystem, videnskabsmænd er ivrige efter at forstå dem bedre. Hvordan kunne de fanges? Hvis de bliver fanget, hvad sker der med dem? Hvor mange af dem kan være i vores solsystem?

Et team af forskere forsøger at finde svar.

Vi kender med sikkerhed til to ISO'er:"Oumuamua og komet 2I/Borisov. Der må have været andre, sikkert mange af dem. Men vi har først for nylig fået teknologien til at se dem. Vi vil sandsynligvis opdage mange flere af dem snart, takket være nye faciliteter som Vera C. Rubin Observatory.

I et nyt papir fremsendt til The Planetary Science Journal , en trio af forskere har gravet i spørgsmålet om ISO'er i vores solsystem. Titlen på papiret er "Om skæbnen for interstellare objekter fanget af vores solsystem." Den første forfatter er Kevin Napier fra Institut for Fysik ved University of Michigan.

Som tingene er nu, der er ingen pålidelig måde at identificere individuelle fangede objekter på. Hvis astronomer kunne fange en ISO i færd med at blive fanget, det ville værre dejligt. Men solsystemet er forfærdeligt komplekst, og det gør det svært at identificere ISO'er. "I betragtning af den komplekse dynamiske arkitektur af det ydre solsystem, det er ikke ligetil at afgøre, om et objekt er af interstellar oprindelse, " skriver forfatterne.

Der var ikke megen mulighed for at studere hverken "Oumuamua eller Borisov. De blev identificeret som ISO'er ved deres hyperbolske overskydende hastighed. Det betyder, at et objekt har den rigtige bane og en høj nok hastighed til at undslippe et centralt objekts tyngdekraft. I dette tilfælde, det centrale objekt er, selvfølgelig, solen.

Så, kunne ISO'er fanges? Ganske sandsynligt. "Det første trin i en grundig undersøgelse af dette spørgsmål er at beregne et indfanget tværsnit for interstellare objekter som en funktion af hyperbolsk overskydende hastighed ..." skriver forfatterne.

Men det er bare det første skridt, ifølge forfatterne. "Selvom tværsnittet giver det første skridt mod at beregne massen af ​​fremmede sten, der bor i vores solsystem, vi skal også kende levetiden for fangede objekter." Forskerne beregnede objekternes levetid ved hjælp af simuleringer, forsøgte at forstå, hvad der sker med dem over tid i vores solsystem, og kom så med en aktuel opgørelse over optagne ISO'er.

Forskerne identificerede tre overordnede tendenser:

• For at overleve i mere end et par millioner år, fangede objekter skal på en eller anden måde løfte deres pericentre forbi Jupiter. (I dette tilfælde, overlevelse betyder at forblive bundet til solsystemet.)
• Objekter på meget hældende baner har en tendens til at overleve længere end dem på plane baner.
• Intet objekt opnåede permanent trans-neptunsk status (dvs. q=30 AU.)

I det første tilfælde, hvis en ISO ikke kan løfte sit pericenter ud over Jupiter, det vil sandsynligvis blive trukket ind i gasgiganten og ødelagt. I det andet tilfælde, objekter på stærkt skrånende baner er mindre tilbøjelige til at støde på en planet, fordi de det meste af tiden er ude af solsystemets plan. Objekter på plane baner er mere tilbøjelige til at støde på en planet og blive forstyrret og sendt tilbage ud i det interstellare rum. I det tredje tilfælde, det er svært for en ISO at opnå permanent trans-neptunsk status, fordi det ville kræve en meget usandsynlig kæde af begivenheder.

Simuleringerne har nogle begrænsninger, som forfatterne forklarer. De har kun taget højde for solsystemets fire største planeter og solen. De mindre kroppe er enten ikke massive for at have stor effekt, eller hvilken effekt de ville have, overskygges af solen. De ignorerer også udgasning, strålingstryk fra solen, eller trække fra planetariske atmosfærer, hvilket ville være ekstremt sjældent alligevel, og vil sandsynligvis ikke påvirke resultaterne. "Hver af disse tilnærmelser er ret beskedne, så at inkludere dem ville gøre relativt lidt forskel for vores konklusioner, " forklarer de.

Samlet set, simuleringen viser, at over tid ville de fleste fangede kroppe blive slynget ud af solsystemet. Det tager lidt tid, selvom. Det er fordi de fleste ISO'er simpelthen ville passere gennem systemet, og dem, der blev fanget i en ustabil bane af en eller anden type, ville gå gennem mange baner, 30 i dette værk, før de bliver smidt ud. Det skyldes, at fangede objekter typisk har semi-hovedakser på 1000 AU med omløbsperioder på omkring 30, 000 år. Så det tager mindst en million år, før nogen fangede ISO'er kunne blive smidt ud.

Forskerne beregnede også populationerne af indfangede ISO'er, der kan være i vores solsystem i øjeblikket. De påpeger, at der er to adskilte tidsperioder, hvor objekter kan fanges, som er af interesse. Den første er i solsystemets tidlige dage, hvor solen stadig er i sin fødselsklynge af stjerner, and objects from within that cluster could be captured. The second is when the sun resides in the field.

I deres simuleringer, the trio of scientists used 276, 691 synthetic captured interstellar objects. Af disse, only 13 survived for 500 million years, and only three objects survived for one billion years. But these results come with detailed caveats that are best explained in the paper itself.

The authors point out that their simulations might be useful in understanding panspermia. If the chemicals necessary for life, or even life itself, can somehow travel between solar systems, the ISOs likely play a role. Maybe the most prominent role.

They also mention the Planet Nine scenario. One of the authors of this paper, Konstantin Batygin, along with Michael E. Brown, hypothesized a so-called Planet Nine. The Planet Nine hypothesis states that another planet about five to 10 times the mass of Earth is in a wide orbit with a semi-major axis of 400 to 800 AUs. Planet Nine, hvis det findes, would take between 10, 000 og 20, 000 years to complete one orbit around the sun.

According to this paper, when included in the simulations, Planet Nine "…yielded rich dynamics that did not appear in the simulations including only the four known giant planets."