Vera Rubin Observatory bør finde fem interstellare objekter om året, mange af dem kunne vi jage ned med rumfartøjer

Om et år (måske to), Vera C. Rubin-observatoriet i Chile vil blive operationelt og påbegynde sin 10-årige Legacy Survey of Space and Time (LSST). Ved at bruge sit 8,4 meter (27 fod) spejl og 3,2 gigapixel kamera, dette observatorium forventes at indsamle 500 petabyte billeder og data. Den vil også behandle nogle af de mest presserende spørgsmål om universets struktur og udvikling og alt i det.

Et af de meget ventede aspekter af LSST er, hvordan det vil give astronomer mulighed for at lokalisere og spore interstellare objekter (ISO'er), som er blevet af særlig interesse, siden 'Oumuamua fløj gennem vores system i 2017. Ifølge en nylig undersøgelse foretaget af et hold fra University of Chicago og Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), Rubin Observatory vil opdage omkring 50 objekter i løbet af sin 10-årige mission, mange af dem vil vi være i stand til at studere tæt på ved hjælp af rendezvous-missioner.

Deres papir, der beskriver deres resultater, som er ved at blive gennemgået til offentliggørelse i Planetary Science Journal, blev ledet af Devin Hoover, en forsker ved Institut for Astronomi og Astrofysik ved University of Chicago. Han fik selskab af Darryl Seligman, en T.C. Chamberlin postdoktor ved University of Chicago's Dept. of Geophysical Sciences; og Matthew Payne, en SAO-forsker ved Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Lige siden menneskeheden fik sit første glimt af et interstellart objekt den 19. oktober, 2017, astronomer har overvejet muligheden for at mødes med fremtidige besøgende. Mens astronomer allerede havde teoretiseret, at vores solsystem besøges af interstellare objekter et par gange om året, 'Oumuamua den første sådan genstand nogensinde observeret. I øvrigt, den måde, det trodsede klassificeringen, førte hurtigt til erkendelsen af, at dette objekt var det første af sin type, der nogensinde blev observeret.

Dette affødte ingen mangel på spekulationer om, hvad det kunne være, med muligheder lige fra et brint-isbjerg, et stykke af en Pluto-lignende krop, en interstellar "støvkanin, " og endda et udenjordisk solsejl. Uanset dets sande natur, 'Oumuamuas blotte eksistens bekræftede, at ISO'er er statistisk signifikante i vores galakse, hvilket blev forstærket af detekteringen af ​​en anden ISO (2I/Borisov) næsten to år senere.

Som hovedforfatteren Devin Hooper forklarede til Universe Today via e-mail, udsigten til at studere en ISO er yderst lovende, givet, hvad de repræsenterer:"Interstellare objekter repræsenterer byggestenene og resterne fra planetdannelsesprocessen i ekstrasolsystemer. Ligesom kometerne og asteroiderne i solsystemet har fortalt os mere om dets dannelse end planeterne selv, interstellare objekter vil fortælle os mere om planet- og stjernedannelse end exoplaneter og stjerner. Da disse objekter passerer gennem solsystemet, vi kan få indsigt i byggestenene på planeter uden for solen uden at rejse til andre planetsystemer."

Af disse grunde, det astronomiske samfund ser frem til opdagelsen af ​​flere interstellare objekter. Adskillige undersøgelser har allerede vist, hvordan nye instrumenter vil opdage flere sådanne genstande om året, som vil gøre det muligt for astronomer at begrænse egenskaberne af denne type objekter og bestemme, hvordan 'Oumuamua og 2I/Borisov passer ind i den samlede befolkning.

For eksempel, forskere har indikeret, at Vera C. Rubin Observatory vil opdage flere ISO'er om året, når LSST begynder. Tilsvarende der er forslag til hurtige aflytningsmissioner, der er i stand til at mødes med nogle af disse objekter. For at bestemme, hvor mange objekter der ville være detekterbare og tilgængelige, Hoover og hans kolleger kørte en række computersimuleringer, der genererede en hel population af ISO'er, der kom ind i solsystemet.

Antalletætheden af ​​objekterne var baseret på, hvad detekteringen af ​​'Oumuamua og 2I/Borisov indebar - dvs. 10 ²⁶ i vores galakse, og en, der passerer gennem det indre solsystem på et givet tidspunkt. For at se, hvad der ville kunne detekteres af LSST, sagde Hoover, de udviklede tre påvisningskriterier:

"Først, ISO'en skal have en mindste tilsyneladende størrelse under 24; med andre ord, den skal være lys nok til at blive observeret af LSST. Sekund, ISO skal opnå en højde over +30 grader; med andre ord, det skal være højt nok på himlen... Endelig, solen skal have en højde under -18 grader; med andre ord, solen er under horisonten til at gøre himlen tilstrækkelig mørk på observationstidspunktet. Det andet og tredje kriterium sikrer, at detekterbare ISO'er er væsentligt langt væk fra solen på himlen."

Hvis en ISO, der passerer gennem det indre solsystem, opfylder alle tre af disse kriterier på et hvilket som helst tidspunkt langs dens bane (sammenfaldende med LSST's 10-årige observationskampagne), så blev det anset for påviselig. De fandt ud af, at omkring 20% ​​af ISO'er i deres simulerede population ville kunne detekteres af LSST og nås ved hjælp af en dedikeret ISO-møde-mission. Dette svarer til, at omkring én ISO kan nås om året mellem 2022/23-2032/33.

Ser på den nærmeste fremtid, disse resultater vil give forskere mulighed for at udtænke observationsstrategier, der vil maksimere sandsynligheden for at opdage ISO'er og hjælpe med at afgøre, hvilke fremtidige rendezvous-missioner der er mulige. Hoover siger, "Specielt, 1,69 % af ISO'erne i vores prøve er både detekterbare og tilgængelige ved en rendezvous-mission givet 30 km/s delta-v. Vi kræver begge kriterier, fordi vi kun kender banerne for detekterede ISO'er, gør det muligt at sende aflytningsmissioner til dem. Det her, selvfølgelig, afhænger af opdagelsen af ​​flere ISO'er. Efterhånden som det astronomiske samfund forbedrer sine detektionsmuligheder, vi vil undersøge et langt større antal ISO'er, giver os mulighed for at vælge mellem en bredere vifte af mål til en rendezvous-mission."

Lige nu, der er to missioner under udvikling – ESA's Comet Interceptor-mission og NASA BRIDGE-konceptet – som begge blev overvejet i denne undersøgelse af Hoover og hans kolleger. Som Hoover antydede, disse missioner vil have en delta-v på 15 km/s (54, 000 km/t; 33, 554 mph) og 2 km/s (7, 200 km/t; 4, 474 mph). Dette lever ikke op til delta-v-kravene specificeret i deres undersøgelse, hvilket indsnævrer populationen af ​​tilgængelige ISO'er betydeligt.

Faktisk, resultaterne opnået af Hoover og hans kolleger indikerer, at med disse to missioner, procentdelen af ​​tilgængelige ISO'er faldt til 0,471 % og 0,003 % af deres stikprøve, henholdsvis. I betragtning af antaltætheden af ​​ISO'er i deres simulering, dette svarer til omkring 1 ISO om året, som ville være sporbar og tilgængelig med NASA's BRIDGE-koncept. Imidlertid, der er mange forslag til aflytningsmissioner med højere delta-v-kapaciteter, såsom lyssejl og arrays med rettet energi. Selv langsommere missioner har stadig en chance for at mødes.

"På grund af teknologiske begrænsninger, delta-v-kapaciteterne for nuværende missioner er begrænsede, but this does not make a rendezvous mission with an ISO impossible, " said Hoover. "Given the current estimate for the number density of ISOs within the solar system, ~100 are within the 5 AU sphere at any given time. Given the time it takes for a typical ISO to cross the 5 AU sphere, we calculated that the LSST should detect ~10 reachable targets for BRIDGE within its 10-year observational campaign. Dermed, I would not rule out the possibility of low delta-v intercept missions."

Ser frem til, the results of this study will be of considerable use to astronomers and space agencies. Beyond offering updated estimates on how many ISOs will be detectable soon, these results will also allow researchers to devise observation strategies that maximize the likelihood of detecting ISOs. Desuden, they underline the need for dedicated intercept missions capable of keeping up with ISOs that buzz our system!