الآن بعد أن علمنا أن الأجسام بين النجوم (ISO) تزور نظامنا الشمسي ، يحرص العلماء على فهمها بشكل أفضل. كيف يمكن القبض عليهم؟ إذا تم القبض عليهم ، ماذا يحدث لهم؟ كم منهم قد يكون في نظامنا الشمسي؟
يحاول فريق من الباحثين إيجاد إجابات.
نحن نعلم اثنين من ISO على وجه اليقين: أومواموا والمذنب 2 أنا / بوريسوف . لابد أنه كان هناك آخرون ، وربما كثير منهم. لكننا اكتسبنا مؤخرًا التكنولوجيا اللازمة لرؤيتهم. من المحتمل أن نكتشف المزيد منها قريبًا ، وذلك بفضل المرافق الجديدة مثل مرصد Vera C. Rubin.
في ورقة بحثية جديدة تم تقديمها إلى The Planetary Science Journal ، بحث ثلاثة من الباحثين في مسألة ISO في نظامنا الشمسي. عنوان الورقة هو ' حول مصير الأجسام بين النجوم التي تم التقاطها بواسطة نظامنا الشمسي . ' المؤلف الأول هو كيفن نابير من قسم الفيزياء بجامعة ميتشيغان.
كما هي الحال الآن ، لا توجد طريقة موثوقة لتحديد الأشياء الفردية التي تم التقاطها. إذا تمكن علماء الفلك من التقاط ISO أثناء عملية الالتقاط ، فسيكون ذلك رائعًا. لكن النظام الشمسي معقد للغاية ، وهذا يجعل تحديد ISOs أمرًا صعبًا. كتب المؤلفون: 'بالنظر إلى البنية الديناميكية المعقدة للنظام الشمسي الخارجي ، ليس من السهل تحديد ما إذا كان الجسم من أصل بين النجوم'.
'أومواموا (على اليسار) والمذنب 2I / بوريسوف (على اليمين) هما الوحيدان من معايير ISO التي نعرفها على وجه اليقين. اعتمادات الصورة: يسار: بالأصل: ESO / M. KornmesserDerivative: nagualdesign - مشتق من http://www.eso.org/public/images/eso1737a/ ، مختصر (65٪) ومحمر ومظلم ، CC BY-SA 4.0 ، https://commons.wikimedia.org/w /index.php؟curid=64730303. إلى اليمين: بواسطة وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية ود. المجال ، https://commons.wikimedia.org/w/index.php؟
لم يكن هناك الكثير من الفرص لدراسة 'أومواموا أو بوريسوف. تم تحديدهم على أنهم ISOs من قبلهم السرعة الزائدة الزائدية. هذا يعني أن الجسم له المسار الصحيح وسرعة عالية بما يكفي للهروب من جاذبية الجسم المركزي. في هذه الحالة ، يكون الجسم المركزي بالطبع هو الشمس.
لذا ، هل يمكن التقاط ISOs؟ محتمل جدا. كتب المؤلفون: 'تتمثل الخطوة الأولى في البحث الدقيق في هذا السؤال في حساب المقطع العرضي لالتقاط الأجسام بين النجوم كدالة للسرعة الزائدة الزائدية ...'.
لكن هذه فقط الخطوة الأولى ، وفقًا للمؤلفين. 'على الرغم من أن المقطع العرضي يوفر الخطوة الأولى نحو حساب كتلة الصخور الغريبة المقيمة في نظامنا الشمسي ، إلا أننا نحتاج أيضًا إلى معرفة عمر الأشياء التي تم التقاطها.' قام الباحثون بحساب عمر الكائنات باستخدام عمليات المحاكاة ، وحاولوا فهم ما يحدث لهم بمرور الوقت في نظامنا الشمسي ، ثم توصلوا إلى قائمة جرد الحالية لملفات ISO التي تم التقاطها.
حدد الباحثون ثلاثة اتجاهات عامة:
- للبقاء على قيد الحياة لأكثر من بضعة ملايين من السنين ، يجب أن ترفع الأشياء التي تم التقاطها بطريقة ما مراكزها المحيطة بيونج جوبيتر. (في هذه الحالة ، البقاء على قيد الحياة يعني البقاء مرتبطًا بالنظام الشمسي).
- تميل الأجسام الموجودة في المدارات شديدة الانحدار إلى البقاء على قيد الحياة لفترة أطول من تلك الموجودة في المدارات المستوية.
- لم يحصل أي كائن على وضع دائم عبر نبتون (أيماذا او ما= 30 AU.)
في الحالة الأولى ، إذا لم تتمكن ISO من رفع مركزها خارج كوكب المشتري ، فمن المحتمل أن يتم سحبها إلى عملاق الغاز وتدميرها. في الحالة الثانية ، من غير المرجح أن تصادف الأجسام الموجودة في مدارات شديدة الانحدار كوكبًا لأنها في معظم الأوقات تكون خارج مستوى النظام الشمسي. من المرجح أن تصادف الأجسام الموجودة على مدارات مستوية كوكبًا وتضطرب وترسل إلى الفضاء بين النجوم. في الحالة الثالثة ، يصعب على ISO تحقيق حالة عبر نبتون دائمة لأن الأمر سيستغرق سلسلة أحداث غير محتملة للغاية.
يوضح هذا الرقم من الدراسة بعض نتائج المحاكاة. كل سطر أزرق هو ملف ISO فردي. يمثل الجزء العلوي المسافة المحيطة بالمركز المتذبذب في AUs. يظهر القاع الميل بالدرجات. في عمليات المحاكاة ، لا يمكن تمييز الأشياء الفردية إلا بعد حوالي 100 مليون سنة. عندما ينتهي الخط الأزرق ، فإن هذا ISO قد غادر النظام الشمسي. حقوق الصورة: Napier et al 2021.
عمليات المحاكاة لها بعض القيود ، والتي شرحها المؤلفون. لقد مثلوا فقط أكبر أربعة كواكب في المجموعة الشمسية والشمس. الأجسام الأصغر إما أنها ليست ضخمة ليكون لها تأثير كبير ، أو أن التأثير الذي قد يكون لها يتضاءل أمام الشمس. كما أنهم يتجاهلون الغازات الخارجية ، وضغط الإشعاع من الشمس ، أو السحب من الغلاف الجوي للكواكب ، والذي سيكون نادرًا للغاية على أي حال ، وليس من المحتمل أن يؤثر على النتائج. يشرحون: 'كل من هذه التقريبات متواضع نوعًا ما ، لذا فإن تضمينها لن يحدث فرقًا كبيرًا نسبيًا في استنتاجاتنا'.
بشكل عام ، تُظهر المحاكاة أنه بمرور الوقت سيتم طرد معظم الأجسام التي تم التقاطها من النظام الشمسي. يستغرق بعض الوقت ، رغم ذلك. وذلك لأن معظم ISOs ستمر ببساطة عبر النظام ، وتلك التي تم التقاطها في مدار غير مستقر من نوع ما ستمر عبر العديد من المدارات ، 30 في هذا العمل ، قبل طردها. وذلك لأن الأجسام التي تم التقاطها تحتوي عادةً على محاور شبه رئيسية تبلغ 1000 وحدة فلكية مع فترات مدارية تبلغ حوالي 30000 عام. لذلك يستغرق الأمر مليون عام على الأقل قبل أن يتم إخراج أي ملفات ISO تم التقاطها.
يوضح هذا الشكل من الدراسة الجزء الباقي من ملفات ISO التي تم التقاطها بمرور الوقت. تمثل النقاط السوداء البيانات من المحاكاة ، والخط الأزرق هو الأنسب وفقًا للمعادلة. يستغرق الأمر ما لا يقل عن مليون سنة قبل أن تحدث مدارات كافية لإخراج ISO. حقوق الصورة: Napier et al 2021.
قام الباحثون أيضًا بحساب مجموعات ISO التي تم التقاطها والتي قد تكون في نظامنا الشمسي حاليًا. يشيرون إلى أن هناك فترتين زمنيتين مختلفتين يمكن عندهما التقاط أشياء ذات أهمية. الأول في الأيام الأولى للنظام الشمسي عندما كانت الشمس لا تزال في مجموعة نجومها ، ويمكن التقاط أجسام من داخل هذا العنقود. والثاني هو عندما تسكن الشمس في الميدان.
في عمليات المحاكاة الخاصة بهم ، استخدم العلماء الثلاثة 276691 كائنًا اصطناعيًا بين النجوم تم التقاطه. من بين هؤلاء ، نجا 13 فقط لمدة 500 مليون سنة ، وثلاثة أشياء فقط نجت لمليار سنة. لكن هذه النتائج تأتي مصحوبة بتحذيرات مفصلة يمكن شرحها بشكل أفضل في الورقة نفسها.
يشير المؤلفون إلى أن عمليات المحاكاة الخاصة بهم قد تكون مفيدة في فهم البانسبيرميا. إذا كانت المواد الكيميائية الضرورية للحياة ، أو حتى الحياة نفسها ، يمكنها بطريقة ما أن تنتقل بين الأنظمة الشمسية ، فمن المحتمل أن تلعب ISOs دورًا. ربما الدور الأبرز.
يذكرون أيضًا سيناريو الكوكب التاسع. افترض أحد مؤلفي هذه الورقة ، كونستانتين باتيجين ، إلى جانب مايكل إي براون ، ما يسمى الكوكب التاسع. تنص فرضية الكوكب التاسع على أن كوكبًا آخر تبلغ كتلته حوالي 5 إلى 10 أضعاف كتلة الأرض يدور في مدار عريض ومحور شبه رئيسي من 400 إلى 800 وحدة فلكية. الكوكب التاسع ، إذا كان موجودًا ، سيستغرق ما بين 10000 و 20000 سنة لإكمال مدار واحد حول الشمس.
وفقًا لهذه الورقة ، عند تضمينها في عمليات المحاكاة ، فإن الكوكب التاسع '... أنتج ديناميكيات غنية لم تظهر في عمليات المحاكاة بما في ذلك الكواكب العملاقة الأربعة المعروفة فقط.'
