Обсерватория Веры Рубин должна обнаруживать пять межзвездных объектов в год

Примерно через год начнет работать обсерватория Веры К. Рубин в Чили. Она приступит к 10-летнему исследованию Legacy Survey of Space and Time (LSST, Исследования наследия пространства и времени). Ожидается, что эта обсерватория с использованием своего 8,4-метрового зеркала и 3,2-гигапиксельной камеры соберет 500 петабайт изображений и данных. В исследовании будут рассмотрены некоторые из наиболее актуальных вопросов о структуре и эволюции Вселенной и всего в ней.

Одним из долгожданных аспектов LSST является то, что оно позволит астрономам определять местонахождение и отслеживать межзвездные объекты (ISO), которые стали вызывать особый интерес с тех пор, как Оумуамуа пролетел через нашу систему в 2017 году.

Согласно недавнему исследованию ученых Обсерватория Веры К. Рубин за время своей 10-летней миссии обнаружит около 50 межзвездных объектов, некоторые из которых мы сможем изучить вблизи с помощью космических миссий.

С тех пор, как человечество впервые увидело межзвездный объект 19 октября 2017 года, астрономы задумались о возможности встречи с будущими посетителями.

Хотя астрономы уже предположили, что нашу Солнечную систему межзвездные объекты посещают несколько раз в год, Оумуамуа стал первым подобным объектом, когда-либо наблюдаемым. Более того, то, что он не поддавался классификации, быстро привело к осознанию того, что этот объект был первым объектом такого типа, который когда-либо наблюдался.

Такая ситуация породила множество предположений о том, что это могло быть, с возможными вариантами, начиная от азотного айсберга до инопланетного космического корабля. Независимо от его истинной природы, простое существование Оумуамуа подтвердило, что ISO статистически значимы в нашей галактике, чему способствовало обнаружение второго ISO (2I / Borisov) почти два года спустя.

«Межзвездные объекты представляют собой строительные блоки и остатки процесса формирования планет в внесолнечных системах. Так же, как кометы и астероиды в Солнечной системе рассказали нам о своем образовании больше, чем сами планеты, межзвездные объекты расскажут нам больше о планетах и звездообразовании, чем экзопланеты и звезды. Поскольку эти объекты проходят через солнечную систему, мы можем получить представление о внесолнечных планетах без путешествия к другим планетным системам» — говорят исследователи.

По этим причинам астрономическое сообщество с нетерпением ждет открытия новых межзвездных объектов. Несколько исследований уже показали, как новые инструменты будут обнаруживать несколько таких объектов в год, что позволит астрономам ограничить свойства этого типа объекта и определить, как Оумуамуа и 2I / Борисов вписываются в общую популяцию.

Например, исследователи указали, что обсерватория Веры К. Рубин будет обнаруживать несколько ISO в год после начала LSST. Точно так же есть предложения для миссий быстрого перехвата, способных сблизиться с некоторыми из этих объектов. Чтобы определить, сколько объектов можно будет обнаружить и достичь, ученые провели серию компьютерных симуляций, в результате которых была создана целая популяция ISO, входящих в Солнечную систему.

Плотность объектов была основана на том, что предполагало обнаружение Оумуамуа и 2I / Борисов, то есть 10²⁶ объектов в нашей галактике и один, проходящий через внутреннюю часть Солнечной системы в любой момент времени. По словам ученых, чтобы увидеть, какие из них можно обнаружить с помощью LSST, они разработали три критерия обнаруживаемости:

«Во-первых, ISO должен иметь минимальную видимую звездную величину ниже 24; другими словами, он должен быть достаточно ярким, чтобы его можно было наблюдать с помощью LSST. Во-вторых, ISO должен достигать высоты выше +30 градусов; другими словами, он должен быть достаточно высоко в небе … Наконец, солнце должно иметь высоту ниже -18 градусов; другими словами, солнце находится ниже горизонта, чтобы небо было достаточно темным во время наблюдения».

Если какой-либо ISO, проходящий через внутреннюю часть Солнечной системы, удовлетворяет всем трем этим критериям в любой точке своей траектории (совпадающей с 10-летней кампанией наблюдений LSST), то он считался обнаруживаемым. Исследователи показали, что примерно 20% ISO в их моделируемой совокупности могут быть обнаружены LSST и доступны с помощью специальной миссии ISO по рандеву. Это составляет примерно одну доступную ISO в год в период с 2022/23 по 2032/33.

В ближайшем будущем эти результаты позволят исследователям разработать стратегии наблюдения, которые максимально увеличат вероятность обнаружения ISO и помогут определить, какие будущие миссии по рандеву осуществимы.

«В частности, 1,69% ISO в нашей выборке могут быть обнаружены и достижимы с помощью миссии рандеву при дельта-v 30 км/с. Нам требуются оба критерия, потому что мы знаем только траектории обнаруженных ISO, что делает возможным отправлять миссии по перехвату. Это, конечно, зависит от открытия большего количества ISO. По мере того, как астрономическое сообщество расширяет свои возможности обнаружения, мы будем зондировать гораздо большее количество ISO, что позволит нам выбирать из более широкого диапазона целей для миссия рандеву» — говорят исследователи.

В настоящее время в разработке находятся две миссии — миссия ЕКА по перехвату комет и концепция НАСА BRIDGE — обе рассматривались в этом исследовании. Как указали ученые, эти миссии будут иметь дельта-v равной 15 км/с (54 000 км/ч) и 2 км/с (7 200 км/ч) соответственно. Это не соответствует требованиям delta-v, указанным в исследовании, что значительно сужает круг доступных ISO.

Фактически, полученные результаты показывают, что с этими двумя миссиями процент достижимых ISO сократился до 0,471% и 0,003% от всей выборки, соответственно. Учитывая плотность числа ISO в моделировании, это составляет около 1 ISO в год, который можно было бы обнаружить и достичь с помощью концепции НАСА BRIDGE. Однако есть много предложений для миссий по перехвату с более высокими возможностями дельта-v, таких как световые паруса и массивы направленной энергии. Даже более медленные миссии все еще имеют шанс на рандеву.

«Из-за технологических ограничений возможности дельта-v текущих миссий ограничены, но это не делает невозможной миссию рандеву с ISO», — говорят ученые. «Учитывая текущую оценку плотности ISO в солнечной системе, ~ 100 находятся в пределах сферы 5 а.е. в любой момент времени. Учитывая время, которое требуется для типичного ISO, чтобы пересечь сферу 5 а.е., мы подсчитали, что LSST должен обнаружить ~ 10 достижимых целей для BRIDGE в течение его 10-летней наблюдательной кампании. Таким образом, не исключается возможность миссий по перехвату с малым дельта-v».

Забегая вперед, можно сказать, что результаты этого исследования будут очень полезны астрономам и космическим агентствам. Помимо обновленных оценок того, сколько ISO будет обнаружено в ближайшее время, эти результаты также позволят исследователям разработать стратегии наблюдения, которые максимизируют вероятность обнаружения ISO. Кроме того, они подчеркивают необходимость специальных миссий по перехвату, способных не отставать от ISO.