К огато през 2017 г. Оумуамуа премина през Слънчевата система, това беше първият потвърден междузвезден обект (ISO).
След това през 2019 г. кометата 2l/Борисов направи същото. Това са единствените два потвърдени ISO, които са посещавали нашата Слънчева система.
В дългата история на нашата Слънчева система трябва да са я посетили много повече ISO, а в бъдеще ще я посетят още много. Очевидно е, че има още такива обекти и се очаква предстоящата обсерватория "Вера Рубин" да открие много повече.
Възможно е Слънцето да улови ISO или заблудена планета по същия начин, по който някои от планетите са уловили луни.
Всичко се свежда до фазовото пространство.
Какво би се случило с нашата зряла, спокойна Слънчева система, ако тя внезапно се сдобие с още един член? Това ще зависи от масата на обекта и евентуалната орбита, на която ще се озове.
Това е интересен мисловен експеримент; докато Борисов и Оумуамуа са по-малки обекти, една по-масивна планета-неудачник, присъединила се към нашата Слънчева система, би могла да предизвика орбитален хаос. Това потенциално би могло да промени хода на живота на Земята, макар че това е много малко вероятно.
Колко вероятен е този сценарий? Нова научна бележка в "Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy " очертава как нашата Слънчева система би могла да улови ISO. Тя е озаглавена "Постоянно улавяне в Слънчевата система", а автори са Едуард Белбруно от Катедрата по математически науки в Университета Йешива и Джеймс Грийн, бивш служител на НАСА.
Фазовото пространство е математическо представяне, което описва състоянието на динамична система като нашата Слънчева система. Във фазовото пространство се използват координати, които представят както позицията, така и импулса.
То е като многоизмерно пространство, което съдържа всички възможни конфигурации на орбитите около Слънцето. Фазовото пространство улавя състоянието на една динамична система, като проследява както характеристиките на позицията, така и на импулса. Фазовото пространство на нашата Слънчева система има точки на улавяне, в които ISO може да се окаже гравитационно свързана със Слънцето.
Фазовото пространство е сложно и се основава на хамилтоновата механика. В него се включват неща като орбитален ексцентрицитет, полумажорна ос и орбитален наклон. Фазовото пространство се разбира най-добре като многоизмерен пейзаж.
Фазовото пространство на нашата Слънчева система включва два вида точки на захващане: слаби и постоянни.
Слабите точки на прихващане са области в пространството, в които обект може временно да бъде привлечен в полустабилна орбита. Тези точки често се намират там, където се срещат външните ръбове на гравитационните граници на обектите. Те приличат по-скоро на гравитационно побутване, отколкото на приемане на орбита.
Точките на постоянно улавяне са области в пространството, където обект може да бъде трайно уловен в стабилна орбита. Ъгловият момент и енергията на даден обект са точна конфигурация, която му позволява да поддържа орбита. В планетарните системи тези точки на постоянно улавяне са стабилни орбитални конфигурации, които се запазват за изключително дълги периоди от време.
Фазовото пространство на нашата Слънчева система е изключително сложно и включва много движещи се тела и техните променящи се координати. Фините промени в координатите на фазовото пространство могат да позволят на обектите да преминават между състояния на постоянно улавяне и състояния на слабо улавяне. По същата причина фините разлики в ISO или междузвездните планети могат да ги доведат до тези точки.
В своите изследователски бележки авторите описват постоянното улавяне на ISO по този начин: "Постоянното улавяне на малко тяло, P, около Слънцето, S, от междузвездното пространство настъпва, когато P никога не може да избяга обратно в междузвездното пространство и остава уловено в рамките на Слънчевата система за цялото бъдещо време, като се движи без сблъсък със Слънцето."
Пуристите ще отбележат, че нищо не може да бъде едно и също за цялото бъдещо време, но смисълът си остава.
И други изследователи са разглеждали този сценарий, но тази работа отива още по-далеч. "В допълнение към това, че P е трайно уловена, тя е и слабо уловена", пишат те.
Тя се върти около прословутата трудна за решаване задача за 3 тела. Също така за разлика от предишни изследвания, които използват Юпитер като трето тяло, тази работа използва приливната сила на галактиката като трето тяло, заедно с P и S.
"Тази приливна сила има значителен ефект върху структурата на фазовото пространство за разглеждания от нас диапазон от скорости и разстояние от Слънцето", обясняват те в своята статия.
Статията е посветена на теоретичната природа на фазовото пространство и улавянето на ISO. В нея се изследват "динамичните и топологичните свойства на специален тип постоянно улавяне, наречено постоянно слабо улавяне, което се случва за безкрайно дълго време".
Обект в постоянно слабо улавяне никога няма да избяга, но никога няма да достигне последователна, стабилна орбита. Той асимптотично се приближава към множеството на улавяне, без да се сблъсква със звездата.
Не се спори, че междузвездните планети вероятно съществуват в голям брой. Звездите се формират на групи, които в крайна сметка се разпръскват на по-голяма площ. Тъй като звездите са домакини на планети, някои от тези планети ще бъдат разпръснати чрез гравитационни взаимодействия, преди съпътстващите ги звезди да придобият известно разстояние една от друга.
"Окончателната архитектура на всяка слънчева система ще бъде оформена от разпръскването на планети в допълнение към звездните прелитания на съседните формиращи се звездни системи, тъй като близките срещи могат да изтеглят планети и малки тела от системата, създавайки т.нар. междузвездни планети", обясняват авторите.
"Взети заедно, изхвърлянето на планети в резултат на ранното разсейване на планети и звездни срещи и при последващата еволюция на многопланетна слънчева система би трябвало да е често срещано явление и подкрепя доказателствата за много голям брой свободно плаващи в междузвездното пространство планети, които може би надвишават броя на звездите", пишат авторите, като отбелязват, че това твърдение е спорно.
Изследователите са разработили напречно сечение за улавяне на фазовото пространство на Слънчевата система, след което са изчислили колко междузведни планети се намират в близост до нашата Слънчева система.
В околностите на Слънчевата система, които се простират до радиус от 6 парсека около Слънцето, има 131 звезди и кафяви джуджета. Астрономите знаят, че поне няколко от тях са домакини на планети, а е много вероятно всички те да са домакини на планети, които все още не сме открили.
На всеки милион години около 2 от нашите звездни съседки се доближават на няколко светлинни години от Земята. "Очаква се обаче шест звезди да се разминат отблизо през следващите 50 000 години", пишат авторите.
Външната граница на Облака на Оорт е на около 1,5 светлинни години, така че някои от тези звездни срещи биха могли лесно да изместят обекти от облака и да ги изпратят към вътрешната Слънчева система. Това вече се е случвало много пъти, тъй като облакът вероятно е източник на дългопериодични комети.
Изследователите идентифицираха отвори във фазовото пространство на Слънчевата система, които биха могли да позволят на някои от тези обекти, или ISO, да достигнат до постоянно слабо улавяне.
Това са отвори в Хил-сферата на Слънцето - област, в която гравитацията на Слънцето е доминиращата гравитационна сила за улавяне на спътници. Тези отвори се намират на 3,81 светлинни години от Слънцето по посока на галактическия център или противоположно на него.
"Постоянно слабо улавяне на междузвездни обекти в Слънчевата система е възможно през тези отвори. Те биха се движили хаотично в сферата на Хил до постоянно улавяне около Слънцето, което отнема произволно дълго време с безкрайно много цикли", заявяват авторите.
Тези обекти никога не биха се сблъскали със Слънцето и биха могли да бъдат уловени трайно.
"Една междузвездна планета би могла да наруши орбитите на планетите, което би било възможно да се открие", заключават те.
Все още сме в началото на разбирането на ISO. Знаем, че ги има, но не знаем колко са и къде се намират. Обсерваторията "Вера Рубин" може да ни отвори очите за тази популация от обекти. Тя може дори да покаже как те се струпват в някои региони и избягват други.
Ако те се окажат близо до някой от отворите на Хил-сферата на Слънцето, може да имаме и посетител, който да реши да остане.
*Източник: БГНЕС
