Mehrere interstellare Objekte sind in unser Sonnensystem eingedrungen, Studienergebnisse: ScienceAlert

May 09, 2023

Als Oumuamua im Jahr 2017 durch unser Sonnensystem reiste, achteten Menschen auf der ganzen Welt darauf. Es war das erste interstellare Objekt (ISO), das Astronomen jemals identifiziert hatten.

Im August 2019 reiste dann der Komet 2I Borisov durch unser Sonnensystem und war damit der zweite ISO, der uns einen Besuch abstattete. Gemeinsam lösten die besuchenden ISOs eine Welle von Nachforschungen und Spekulationen aus.

Es wird bestimmt noch mehr ISOs als nur diese beiden geben, und einer neuen Studie zufolge hat unser Sonnensystem wahrscheinlich einige dieser interstellaren Besucher eingefangen, auch wenn sie nicht lange bleiben.

Obwohl ISOs selten sind, ist das Sonnensystem alt und viele haben es wahrscheinlich schon einmal besucht. Astronomen gehen davon aus, dass einige dieser Objekte in Sonnenumlaufbahnen erfasst werden können.

Diese Studie wirft einen genaueren Blick auf die ISO-Erfassung und testet die Idee, dass einige ISOs eher in erdnahen Umlaufbahnen als in Sonnenumlaufbahnen erfasst werden könnten. Die Forscher, die hinter der Arbeit stehen, sagen, dass es in der erdnahen Umlaufbahn eine stetige Population von ISOs geben könnte.

„Interstellare Objekte bieten einen einzigartigen Mechanismus zur Untersuchung der Entstehung und Entwicklung von Planetensystemen, einschließlich unseres eigenen.“

Es ist äußerst schwierig, winzige Objekte im Weltraum zu finden. Die einzigen Bilder, die wir von anderen Sonnensystemen erhalten, sind entweder ihre Sterne oder schwache Bilder des einen oder anderen Exoplaneten. Manchmal entdecken Astronomen Trümmerscheiben und andere Merkmale, aber feine Details entgehen ihnen.

Es ist also schön, dass andere Sonnensysteme den einen oder anderen unfreiwilligen Abgesandten zu uns schicken. Das Studium dieser ISOs ist eine Möglichkeit, Einblicke in andere Sonnensysteme und deren Entstehung und Entwicklung zu gewinnen.

Die Autoren dieses Papiers sagen, dass ISOs eine einzigartige Gelegenheit bieten, „… die Entstehung und Entwicklung von Planetensystemen, einschließlich unseres eigenen, zu untersuchen“.

Sie weisen auch darauf hin, dass es für Astronomen von großem Interesse ist, ob es welche in unserem Sonnensystem gibt.

„Obwohl selten“, schreiben sie, „können ISOs von verschiedenen Planeten im Sonnensystem in gebundene Umlaufbahnen eingefangen werden.“

Der Artikel trägt den Titel „Close Encounters of the Interstellar Kind: Exploring the Presence of Interstellar Objects in Near Earth Orbit“. Der Erstautor ist Diptajyoti Mukherjee, ein Doktorand der Computational Astrophysicist am Fachbereich Physik der Carnegie Mellon University. Die anderen Autoren sind Hy Trac, Amir Siraj und Avi Loeb. Das Papier wurde noch nicht von Experten begutachtet.

Jüngste Untersuchungen haben gezeigt, dass das bevorstehende Vera-Rubin-Observatorium bis zu fünf ISOs pro Jahr finden könnte und dass die Oort-Wolke, falls sie existiert, möglicherweise mehr ISOs als native Objekte des Sonnensystems enthalten könnte. Andere Untersuchungen deuten darauf hin, dass kosmische Strahlung die meisten ISOs zunichte machen könnte. Andere Veröffentlichungen haben gezeigt, dass viele ISOs in den Jupiter hineingezogen und zerstört würden.

Aber keiner von ihnen untersuchte speziell erfasste ISOs in erdnahen Umlaufbahnen.

Die Studie basiert auf numerischen Simulationen, bei denen jedes Teilchen in den Simulationen eine potenzielle ISO auf einer anderen Flugbahn darstellt, die ihren Ursprung außerhalb des Sonnensystems hat. Die Simulationen basieren zu einem großen Teil auf Streueffekten, bei denen ein einfallendes Teilchen auf unterschiedliche Weise von der Erde, dem Mond, der Sonne und dem Jupiter in unterschiedlicher Kombination interferiert wird.

Die Forschung umfasst Raum- und Geschwindigkeitsquerschnitte, die dazu führen, dass ISOs in erdnahen Umlaufbahnen erfasst werden. Die Forscher nennen sie Einfangquerschnitte, und nach einer großen Reihe von N-Körper-Streuungssimulationen identifizierten sie Trends.

Ihre Ergebnisse zeigen, dass der massereiche Jupiter eine dominierende Rolle spielt. Der Erfassungsquerschnitt Erde-Mond und Jupiter „... dominiert die Erfassung interstellarer Objekte in erdnahen Umlaufbahnen um den Faktor 104 im Vergleich zu der Erfassung Erde-Mond.“

Als die Autoren ihre Ergebnisse mit der tatsächlichen Verteilung bekannter kleiner Körper in unserem Sonnensystem verglichen, tauchte etwas Bemerkenswertes auf. Wenn ein ISO erfasst würde, würde die durchschnittliche Entfernung von der Sonne wahrscheinlich mehr als 10 AE betragen. Sie weisen darauf hin, dass es sich hier um die Existenz der Zentauren handelt.

Die Zentauren sind kleine Körper des Sonnensystems mit instabilen Umlaufbahnen aufgrund von Wechselwirkungen mit den Riesenplaneten. Könnten sich ISOs unter den Zentauren verstecken?

„ISOs, die sich unter den Zentauren verstecken, wurden von Siraj & Loeb (2019) untersucht, aber es wird angenommen, dass keine bekannten Zentauren einen interstellaren Ursprung haben“, schreiben sie. „Unsere Studie legt jedoch nahe, dass eine genauere Untersuchung angebracht sein könnte.“

Eingefangene ISOs haben wahrscheinlich keine sehr stabilen Umlaufbahnen. Die Daten des Teams zeigen, wie ISOs in erdnahen Umlaufbahnen erfasst werden könnten, aber die Suche nach ihnen in diesen ersten Umlaufbahnen könnte sich als erfolglos erweisen. Das wäre zu einfach, oder? Selten gibt die Natur ihre Geheimnisse so bereitwillig preis.

„Wir weisen den Leser darauf hin, dass dies keine vollständige Darstellung der aktuell von Erde und Jupiter erfassten ISOs ist (sollten sie existieren). In der Vergangenheit erfasste ISOs werden ihre Umlaufbahnparameter im Laufe der Zeit aufgrund von Wechselwirkungen mit anderen Planeten im Sonnensystem ändern.“ „, erklären sie.

Das Team führte einige langfristige Orbitalberechnungen für eine Teilmenge der erfassten ISOs über einen Zeitraum von bis zu 10 Millionen Jahren durch, um deren Überleben zu testen. Sie zeichneten das Überleben von Objekten in ihren erdnahen Umlaufbahnen auf. Einige ISOs könnten aus ihrer anfänglichen Einfangbahn in eine andere eingefangene Umlaufbahn entkommen, aber diese ISOs fallen nicht in diesen Bereich.

Sobald ein eingefangenes ISO seine erdnahe Umlaufbahn verlässt, verlässt es entweder das Sonnensystem oder nimmt eine neue Umlaufbahn mit einem größeren Perihel und einer größeren Halbachse ein. Aber von der Erde eingefangene Objekte haben eine durchschnittliche Überlebensrate, die zwei- bis dreimal so hoch ist wie die von Jupiter eingefangene.

Wenn es in der erdnahen Umlaufbahn erfasste ISOs gibt, halten diese nicht lange. Von Jupiter in erdnahe Umlaufbahnen eingefangene ISOs haben eine Halbwertszeit von etwa 50.000 Jahren. Die vom Erde-Mond eingefangenen Exemplare haben eine Halbwertszeit von etwa 130.000 Jahren. Eine andere Sichtweise ist, dass die Population der vom Jupiter eingefangenen ISOs in nur 800.000 Jahren auf 10 Prozent des ursprünglichen Anteils schrumpft. Für die von Erde und Mond erfassten ISOs sind es 2,1 Millionen Jahre.

Aber viele dieser Objekte werden außerordentlich klein sein, nichts wie Oumaumua oder der Komet Borisov. Die Population wird von ISOs mit einem Durchmesser von etwa 1 Meter dominiert. Es gibt keine Möglichkeit, dass ein Objekt wie Borisov oder Oumuamua jemals eingefangen werden könnte, wenn wir es nicht künstlich gemacht hätten.

Wenn wir jemals eines dieser aufgenommenen ISOs finden, liegt es an Einrichtungen wie dem Vera-Rubin-Observatorium und seiner Legacy Survey of Space and Time. Es handelt sich um eine geplante zehnjährige Untersuchung des Südhimmels, die irgendwann nach seinem ersten Licht im August 2024 beginnen soll.

Es wird wiederholt den Himmel abbilden und kleine Objekte finden, die sich durch das Sonnensystem bewegen. Einige Schätzungen gehen davon aus, dass pro Jahr einige Objekte in Oumuamua-Größe gefunden werden.

Den Autoren zufolge könnte es eine größere Population erbeuteter ISOs geben, die sich unter anderen NEOs verstecken. Dies zeigt die Notwendigkeit, sie genauer zu untersuchen. Der beste Weg, sie zu studieren, besteht darin, einen der größeren zu treffen.

Die Comet Interceptor-Mission der ESA könnte es schaffen. Unter Berufung auf die Vorankündigung einer bevorstehenden ISO, die das Vera-Rubin-Observatorium bereitstellen wird, könnte ein Roboter-Raumschiff am Sonne-Erde-LaGrange-2-Punkt auf der Lauer bleiben, bis eine geeignete ISO identifiziert ist. Dann könnte der Abfangjäger losgeschickt werden, um ihn abzufangen, zu beobachten und eine Probe von seinem Heck zu sammeln.

Die ESA arbeitet mit JAXA, der japanischen Raumfahrtbehörde, zusammen und plant, den Comet Interceptor im Jahr 2029 zu starten.

„Durch die Entdeckung und Untersuchung eingefangener interstellarer Objekte“, so die Autoren, „können wir etwas über die Eigenschaften und Ursprünge solcher Objekte sowie über die Entstehung und Entwicklung exoplanetarer Systeme und sogar unseres Sonnensystems lernen.“

Dieser Artikel wurde ursprünglich von Universe Today veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.