Jetzt, da wir wissen, dass interstellare Objekte (ISOs) unser Sonnensystem besuchen, sind Wissenschaftler daran interessiert, sie besser zu verstehen. Wie konnten sie gefangen werden? Was passiert mit ihnen, wenn sie gefangen genommen werden? Wie viele davon könnten sich in unserem Sonnensystem befinden?
Ein Forscherteam versucht, Antworten zu finden.
Wir kennen mit Sicherheit zwei ISOs: ‘ Oumuamua und Komet 2I / Borisov . Es muss andere gegeben haben, wahrscheinlich viele von ihnen. Aber wir haben erst seit kurzem die Technologie, um sie zu sehen. Wir werden wahrscheinlich bald viele weitere davon entdecken, dank neuer Einrichtungen wie dem Vera C. Rubin Observatory.
In einem neuen Artikel, der dem Planetary Science Journal vorgelegt wurde, hat sich ein Forschertrio der Frage der ISOs in unserem Sonnensystem gewidmet. Der Titel der Arbeit lautet „ Über das Schicksal interstellarer Objekte, die von unserem Sonnensystem eingefangen wurden .“ Erstautor ist Kevin Napier vom Dept. of Physics der University of Michigan.
Nach derzeitigem Stand gibt es keine zuverlässige Möglichkeit, einzelne erfasste Objekte zu identifizieren. Wenn Astronomen eine ISO während der Aufnahme erfassen könnten, wäre das großartig. Aber das Sonnensystem ist furchtbar komplex, und das macht es schwierig, ISOs zu identifizieren. „Angesichts der komplexen dynamischen Architektur des äußeren Sonnensystems ist es nicht einfach zu bestimmen, ob ein Objekt interstellaren Ursprungs ist“, schreiben die Autoren.
‘Oumuamua (L) und Komet 2I/Borisov (R) sind die einzigen beiden ISOs, von denen wir mit Sicherheit wissen. Bildnachweis: Links: Von Original: ESO/M. KornmesserDerivat: nagualdesign – Derivat von http://www.eso.org/public/images/eso1737a/, gekürzt (65%) und gerötet und abgedunkelt, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w /index.php?curid=64730303. Rechts: Von NASA, ESA und D. Jewitt (UCLA) – https://imgsrc.hubblesite.org/hvi/uploads/image_file/image_attachment/31897/STSCI-H-p1953a-f-1106×1106.png, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=83146132
Es gab nicht viel Gelegenheit, entweder 'Oumuamua oder Borisov zu studieren. Sie wurden von ihren . als ISOs identifiziert hyperbolische Übergeschwindigkeit. Das bedeutet, dass ein Objekt die richtige Flugbahn und eine ausreichend hohe Geschwindigkeit hat, um der Schwerkraft eines zentralen Objekts zu entkommen. Das zentrale Objekt ist in diesem Fall natürlich die Sonne.
Könnten ISOs erfasst werden? Ziemlich wahrscheinlich. „Der erste Schritt bei der gründlichen Untersuchung dieser Frage besteht darin, einen Einfangquerschnitt für interstellare Objekte als Funktion der hyperbolischen Übergeschwindigkeit zu berechnen…“, schreiben die Autoren.
Aber das ist nur der erste Schritt, so die Autoren. „Obwohl der Querschnitt den ersten Schritt zur Berechnung der Masse fremder Gesteine in unserem Sonnensystem darstellt, müssen wir auch die Lebensdauer der eingefangenen Objekte kennen.“ Die Forscher berechneten die Lebensdauer der Objekte mithilfe von Simulationen, versuchten zu verstehen, was mit ihnen im Laufe der Zeit in unserem Sonnensystem passiert, und erstellten dann eine aktuelle Bestandsaufnahme der erfassten ISOs.
Die Forscher identifizierten drei allgemeine Trends:
- Um mehr als ein paar Millionen Jahre zu überleben, müssen eingefangene Objekte irgendwie ihre Perizentren jenseits von Jupiter anheben. (In diesem Fall bedeutet Überleben, an das Sonnensystem gebunden zu bleiben.)
- Objekte auf stark geneigten Umlaufbahnen überleben in der Regel länger als solche auf ebenen Umlaufbahnen.
- Kein Objekt erreicht dauerhaften transneptunischen Status (dhwas= 30 AE.)
Im ersten Fall, wenn ein ISO sein Perizentrum nicht über Jupiter hinaus heben kann, wird es wahrscheinlich in den Gasriesen gezogen und zerstört. Im zweiten Fall treffen Objekte auf stark geneigten Umlaufbahnen weniger wahrscheinlich auf einen Planeten, da sie sich die meiste Zeit außerhalb der Ebene des Sonnensystems befinden. Objekte auf ebenen Umlaufbahnen treffen eher auf einen Planeten, werden gestört und zurück in den interstellaren Raum geschickt. Im dritten Fall ist es für eine ISO schwierig, einen dauerhaften transneptunischen Status zu erlangen, da dies eine sehr unwahrscheinliche Kette von Ereignissen erfordern würde.
Diese Abbildung aus der Studie zeigt einige Simulationsergebnisse. Jede blaue Linie ist eine individuelle ISO. Die Spitze repräsentiert den oskulierenden Perizentrumsabstand in AUs. Unten ist die Neigung in Grad angegeben. In ihren Simulationen werden einzelne Objekte erst nach etwa 100 Millionen Jahren unterscheidbar. Wenn eine blaue Linie endet, hat diese ISO das Sonnensystem verlassen. Bildquelle: Napier et al. 2021.
Die Simulationen haben einige Einschränkungen, die die Autoren erläutern. Sie haben nur die vier größten Planeten des Sonnensystems und die Sonne berücksichtigt. Die kleineren Körper sind entweder nicht massiv, um eine große Wirkung zu haben, oder ihre Wirkung wird von der Sonne in den Schatten gestellt. Sie ignorieren auch das Ausgasen, den Strahlungsdruck der Sonne oder den Luftwiderstand von planetarischen Atmosphären, was ohnehin äußerst selten wäre und die Ergebnisse wahrscheinlich nicht beeinflussen würde. „Jede dieser Näherungen ist eher bescheiden, sodass ihre Einbeziehung relativ wenig zu unseren Schlussfolgerungen beitragen würde“, erklären sie.
Insgesamt zeigt die Simulation, dass im Laufe der Zeit die meisten gefangenen Körper aus dem Sonnensystem herausgeschleudert werden. Es dauert allerdings eine Weile. Das liegt daran, dass die meisten ISOs einfach das System durchlaufen würden, und diejenigen, die in eine instabile Umlaufbahn eingefangen wurden, würden viele Umlaufbahnen durchlaufen, 30 in dieser Arbeit, bevor sie ausgeworfen werden. Das liegt daran, dass erfasste Objekte typischerweise große Halbachsen von 1000 AE mit Umlaufzeiten von etwa 30.000 Jahren haben. Es dauert also mindestens eine Million Jahre, bis alle erfassten ISOs ausgeworfen werden können.
Diese Zahl aus der Studie zeigt den überlebenden Anteil der erfassten ISOs im Laufe der Zeit. Die schwarzen Punkte stellen die Daten aus der Simulation dar, und die blaue Linie entspricht der Gleichung am besten. Es dauert mindestens etwa 1 Million Jahre, bis genügend Umlaufbahnen stattfinden, damit ein ISO ausgestoßen wird. Bildquelle: Napier et al. 2021.
Die Forscher berechneten auch die Populationen der eingefangenen ISOs, die sich derzeit in unserem Sonnensystem befinden könnten. Sie weisen darauf hin, dass es zwei unterschiedliche Zeiträume gibt, in denen interessante Objekte erfasst werden können. Die erste ist in den frühen Tagen des Sonnensystems, als sich die Sonne noch in ihrem Geburtssternhaufen befindet und Objekte aus diesem Haufen eingefangen werden könnten. Die zweite ist, wenn die Sonne im Feld steht.
In ihren Simulationen verwendete das Wissenschaftlertrio 276.691 synthetisch eingefangene interstellare Objekte. Von diesen überlebten nur 13 500 Millionen Jahre und nur drei Objekte eine Milliarde Jahre. Diese Ergebnisse sind jedoch mit detaillierten Vorbehalten verbunden, die am besten im Papier selbst erklärt werden.
Die Autoren weisen darauf hin, dass ihre Simulationen für das Verständnis von Panspermie hilfreich sein könnten. Wenn die für das Leben notwendigen Chemikalien oder sogar das Leben selbst irgendwie zwischen Sonnensystemen wandern können, spielen wahrscheinlich die ISOs eine Rolle. Vielleicht die prominenteste Rolle.
Sie erwähnen auch das Szenario von Planet Nine. Einer der Autoren dieses Papiers, Konstantin Batygin, stellte zusammen mit Michael E. Brown die Hypothese eines sogenannten Planeten Neun auf. Die Planet-Neun-Hypothese besagt, dass sich ein anderer Planet mit einer etwa 5- bis 10-fachen Masse der Erde in einer weiten Umlaufbahn mit einer großen Halbachse von 400 bis 800 AE befindet. Planet Neun, falls er existiert, würde zwischen 10.000 und 20.000 Jahre brauchen, um eine Umlaufbahn um die Sonne zu vollenden.
Laut diesem Papier lieferte Planet Nine, wenn er in die Simulationen aufgenommen wurde, „… eine reiche Dynamik, die in den Simulationen nicht auftauchte, einschließlich nur der vier bekannten Riesenplaneten.“