Űrszondával erednének a Naprendszerbe látogató kis égitestek nyomába

2516

Az elmúlt évben az elsőként felfedezett csillagközi eredetű kis égitest, az 1I/’Oumuamua esete rávilágított annak szükségességére, hogy az ilyen objektumokat a közelükbe küldött űrszondákkal is meg kellene vizsgálni közvetlen közelről. A Yale Egyetem két kutatója ennek lehetőségeit tanulmányozta és ezzel kapcsolatban érdekes eredményeket tettek közzé.

2017. október 19-én az amerikai Pan-STARRS (Panoramic Survey Telescope And Rapid Response System) égboltfelmérő program során felfedezték az első olyan kis égitestet, amely a csillagközi térből érkezett a Naprendszerbe. Ez kétségkívül az elmúlt év egyik legjelentősebb csillagászati felfedezése volt. Mivel a pályája erősen hiperbolikus volt, először üstökösként jelölték C/2017 U1 (PANSTARRS) néven, majd amikor bebizonyosodott, hogy nem mutat üstökösaktivitást, lett átnevezve kisbolygóként A/2017 U1-re. A pontos eredet kiderülése után kapta a végleges elnevezését 1I/’Oumuamua formában (“I”, mint intersztelláris, a továbbiakban 1I). Ilyen pályája csak közvetlenül a csillagközi térből érkező égitestnek lehet, de nem extragalaktikus objektumról, hanem a Tejútrendszerben rezidens égitestről van szó. Egyébként az ‘Oumuamua név jelentése hawaii-i nyelven “elsőként érkező üzenet”, vagy “hírnök”.

Most Darryl Seligman és Gregory Laughlin, a Yale Egyetem (New Haven, Connecticut) Csillagászati Tanszékének kutatói több szempontból is részletesebben megvizsgálták az 1I tulajdonságait: 1) honnan származhat, 2) miért nem mutatott kigázosodást, azaz üstökös-aktivitást, ha fagyott gázok jegei is lehettek benne, 3) az égbolton mikor, milyen irányból jöhetnek a hozzá hasonló objektumok a jövőben, illetve 4) hogyan lehetne őket elérni űrszondával.

A földi óriástávcsövekkel történt megfigyelések alapján egy nagyon elnyújtott, legalább 1:6 vagy inkább 1:10 kis/nagytengely arányú, szivar alakú, alacsony fényvisszaverő képességű (sötét), barnás-vöröses színű kisbolygókra emlékeztető kis égitestről van szó.

Művészi elképzelés az 1I-ről (kép: Martin Kornmesser, ESO).

Seligman és Laughlin összefoglalják azokat a fizikai folyamatokat és mechanizmusokat, amelyek a kis égitest ilyen elnyújtott és sötét felszínét kialakították. Ilyenek például a származási csillag körüli erős árapályhatások, akár az ottani óriásbolygók, illetve a központi csillag közelében. A formálódó bolygórendszerben a gyakori ütközések is alakíthatták a testet. Hivatkoznak arra a magyar eredményre is, amelyben Domokos Gábor (BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék), valamint Szabó M. Gyula (ELTE Gothard Asztrofizikai Obszervatóriuma) kisebb méretű testekkel hosszú időn keresztül történt ütközések koptató hatásának tulajdonítják a test elnyújtott alakját.

Seligman és Laughlin korábbi vizsgálatokat idézve több lehetséges származási helyet említ a csillagközi égi vándor kialakulására és eredetére: a mintegy 50-85 parszekre levő és nagy kiterjedésű Carina/Columba csillagkeletkezési területről 40-45 millió évvel ezelőtt szökhetett el, de ugyanígy eredhet egy kettőscsillag-rendszerből (például a HD 200325-től), illetve a Naprendszerhez 820 ezer évvel ezelőtt közel került Gliese 876 csillagtól is. A kutatók arra is emlékeztetnek, hogy igen nehéz, szinte lehetetlen hosszú időre visszamenőleg azonosítani a kis égitest származási helyét a Tejútrendszerben, főleg az olyan ismeretlen tömegek (csillagok, nagy csillagközi gáz- és porfelhők) miatt, amelyek pályamódosító hatásait nem tudjuk figyelembe venni.

A Yale Egyetem kutatói feltételezik, hogy a hosszú csillagközi útján az 1I felszínének legalább 6 centiméteres felső rétegét a kozmikus részecskesugárzás sötét kéreggé alakította át, amely hőszigetelő is, így azt is megakadályozza, hogy esetleg az alatta levő vízjég kigázosodjon, amikor a kis égitest egy csillag, például a Nap közelében halad el (esetünkben 0,25 CsE-re közelítette meg a Napot 2017. szeptember 9-én, ami még a Merkúr 0,4 CsE átlagos pályatávolságánál is közelebb volt). Más becslések szerint egyébként ennek a szigetelő rétegnek a vastagsága elérheti a 0,5 métert is. A mostani számítások szerint a szigetelő réteg alatt még 150-200 nappal a napközelség, vagyis a legnagyobb besugárzás után sem éri el a 100 K hőmérsékletet a kis égitest belseje, tehát nem indul meg a vízjég szublimációja.

Seligman és Laughlin szerint az ‘Oumuamua mozgása az I-es populációs csillagokéra hasonlít és a Nap környezetében az ilyen csillagok lehetnek a hozzá hasonló kis égitestek forrásai. Ezek alapján megadták azt, hogy az égboltnak mely vidéke irányából várhatók nagy valószínűséggel a jövőben ezek a kis égitestek. Eszerint a Serpens (Kígyó) és Lepus (Nyúl) csillagképekben vannak a legvalószínűbb irányok, amelyeket az alábbi térkép mutat.

A legvalószínűbb érkezési irányok égi eloszlása (kép: Seligman és Laughlin, 2018).

Azt is megbecsülték, hogy az év során mely hónapokban mekkora az ilyen kis égitestek felfedezésének valószínűsége 19 magnitúdóig, illetve 24 magnitúdós határfényességig. Eszerint április-május és december folyamán a 19 magnitúdójúak megtalálására van nagy esély, december-januárban pedig a 24 magnitúdósakra. A halvány, 24 magnitúdójúak havi statisztikus gyakorisága 0,1-nél valamivel nagyobb és lényegében egész évben ezen érték körül van. A várható felfedezések havi gyakoriságát az alábbi ábra mutatja.

A csillagközi eredetű kis égitestek felfedezhetőségének havi várható gyakorisága egy év során két határfényességre: a fényesebb 19 magnitúdójúakra és a halványabb 24 magnitúdójúakra (kép: Seligman és Laughlin, 2018).

Nyilvánvaló, hogy Naprendszerünk, illetve a más csillagok körüli bolygórendszerek megismeréséhez alapvetően fontos az ‘Oumuamua-szerű kis égitestek közvetlen közeli vizsgálata, ezért a Yale Egyetem kutatói megvizsgálták az űrszondákkal való elérésük lehetőségeit is. Nagy remény van a jövőben a Pan-STARRS és LSST (Large Synoptic Survey Telescope) égboltfelmérő programokkal történő, további csillagközi eredetű kis égitestek felfedezésére, amelyeket röviddel a detektálás után már az addigra készenlétben álló űrszondákkal el lehet majd érni. Elméletileg, ha az ‘Oumuamua-hoz még két hónappal a napközelsége előtt, 2017. július 25-én elindítottak volna egy szondát, akkor az 2017. október 26-án elérte volna. Ezt a helyzetet szemlélteti a következő ábra.

Az 1I űrszondával történő elérésére egy elméleti ideális helyzet. A szondát 2017. július 25-én indítva (a Föld helyzete ugyanekkor szintén jelölve) a szonda 2017. október 26-án a kisbolygó pályájának lényegében a napközelségi pontjára szimmetrikus helyzetben érte volna el, nem messze a földpálya síkjától. A földpálya (X,Y) síkjába vetített helyzetet a bal oldali ábra, a földpálya síkjára merőleges vetületeket (Y,Z) és (X,Z) a jobb oldali ábrák mutatják (kép: Seligman és Laughlin, 2018).

A Yale Egyetem kutatói szerint a jövőben érdemes lenne a Nap-Föld-űrszonda égi mechanikai háromtest-probléma Nap-Föld közötti L1 Lagrange-pontja közelében űrszondát állomásoztatni, amely adott jelre elindulna egy frissen felfedezett új intersztelláris kis égitesthez. A következő “I”-t a szonda akár már néhány hónap alatt is elérhetné, de legfeljebb 10 éven belül találkozhatna a csillagközi látogatóval. Az sem lehetetlen a mai technikánkkal, hogy a NASA Deep Impact kísérletéhez hasonlóan egy vagy több próbatestet lőnének bele a kis égitestbe, hogy azután a közelben tartózkodó űrszonda műszerei figyelemmel kísérjék a becsapódás következményeit. A tanulmány szerint akár hagyományos kémiai hajtóanyag, ion-hajtómű vagy lézer-vitorlás módszer is szóba jöhet a szonda meghajtására. A részletek kidolgozása még a jövő feladata.

Egyébként mint arról már beszámoltunk, az ‘Oumuamua-t űrszondával meglátogató program előzetes tervét már az angol Initiative for Interstellar Studies (i4is) kutató-mérnökei is kezdeményezték. A Yale Egyetem kutatóinak koncepciója ettől független és jelzi a tudományos közösség felajzott érdeklődését a más csillagoktól érkező vándorok részletesebb megvizsgálása kapcsán.

A hír megjelenését a GINOP-2.3.2-15-2016-00003 “Kozmikus hatások és kockázatok” projekt támogatta.

Forrás:

Kapcsolódó internetes oldalak:

Hozzászólás

hozzászólás