RW Space

Когда Оумуамуа пересек нашу Солнечную систему в 2017 году, это был первый подтвержденный межзвездный объект (ISO), сделавший это.

Затем в 2019 году комета 2l/Борисова сделала то же самое. Это единственные два подтвержденных ISO, посетившие нашу Солнечную систему.

В нашей Солнечной системе, должно быть, побывало гораздо больше ISO. Долгая история Солнечной системы и многие другие посетители в будущем. Очевидно, таких объектов больше, и ожидается, что будущая обсерватория Веры Рубин откроет еще больше.

Возможно, что Солнце могло бы захватить ISO или планету-изгой точно так же, как некоторые планеты захватили спутники.

Все сводится к фазовому пространству.

Что случилось бы с нашим зрелым, успокоить Солнечную систему, если она вдруг пополнится еще одним членом? Это будет зависеть от массы объекта и возможной орбиты, на которой он оказался.

Это интересный мысленный эксперимент; в то время как Борисов и Оумуамуа были меньшими объектами, более массивная планета-изгой, присоединяющаяся к нашей Солнечной системе, могла вызвать орбитальный хаос. Потенциально это может изменить ход жизни на Земле, хотя это крайне маловероятно.

Насколько вероятно это сценарий? В новой исследовательской заметке в журнале Небесная механика и динамическая астрономия описывается, как наша Солнечная система может захватывать ISO. Она называется «Постоянный захват Солнечной системы», ее авторы — Эдвард Бельбруно с факультета математических наук Университета Ешива и Джеймс Грин, ранее работавший в НАСА, а теперь из Space Science Endeavours.

Фазовое пространство — это математическое представление, описывающее состояние динамической системы, такой как наша Солнечная система. Фазовое пространство использует координаты, которые представляют как положение, так и импульс.

Это похоже на многомерное пространство, содержащее все возможные орбитальные конфигурации вокруг Солнца. Фазовое пространство фиксирует состояние динамической системы, отслеживая характеристики положения и импульса. В фазовом пространстве нашей Солнечной системы есть точки захвата, в которых ISO может оказаться гравитационно связанным с Солнцем.

Phase пространство сложное и основано на гамильтоновой механике. На это влияют такие вещи, как эксцентриситет орбиты, большая полуось и наклонение орбиты. Фазовое пространство лучше всего понимать как многомерный ландшафт.

Фазовое пространство нашей Солнечной системы включает в себя два типа точек захвата. : слабый и постоянный.

Слабые точки захвата — это области в пространстве, где объект можно временно втянуть в полустабильная орбита. Эти точки часто находятся там, где встречаются внешние края гравитационных границ объектов. Они больше похожи на гравитационные толчки, чем на орбитальное освоение.

Постоянные точки захвата — это области в космосе, где объект может быть навсегда выведен на стабильную орбиту. Угловой момент и энергия объекта представляют собой точную конфигурацию, позволяющую ему сохранять орбиту. В планетных системах эти постоянные точки захвата представляют собой стабильные орбитальные конфигурации, которые сохраняются в течение чрезвычайно длительных периодов времени.

Фазовое пространство нашей Солнечной системы чрезвычайно сложно и включает в себя множество движущихся тел и их меняющиеся координаты. Небольшие изменения в координатах фазового пространства могут позволить объектам переходить между состояниями постоянного захвата и состояниями слабого захвата. Точно так же тонкие различия в ISO или планетах-изгоях могут привести их к этим точкам.

В своих В исследовательских заметках авторы описывают постоянный захват ISO следующим образом: «Постоянный захват небольшого тела P около Солнца, S, из межзвездного пространства происходит, когда P никогда не может уйти обратно в межзвездное пространство и остается захваченным в пределах Солнечная система для всего будущего время, движущееся без столкновения с Солнцем.»

Пуристы заметят, что ничто не может быть одинаковым для всех время в будущем, но суть остается неизменной.

Другие исследователи изучали этот сценарий, но эта работа идет шагай дальше. «Помимо того, что P постоянно захватывается, P еще и слабо захватывается», — пишут они.

Все вращается вокруг общеизвестно трудноразрешимую задачу трех тел. Также в отличие от предыдущих исследований, в которых Юпитер использовался в качестве третьего тела, в этой работе в качестве третьего тела наряду с P и S используется приливная сила галактики.

«Эта приливная сила оказывает заметное влияние на структуру фазового пространства для рассматриваемого нами диапазона скоростей и расстояний от Солнца», — объясняют они в своей статье.

В статье основное внимание уделяется теоретической природе фазового пространства и захвату ISO. Он изучает «динамические и топологические свойства особого типа постоянного захвата, называемого постоянным слабым захватом, который происходит в течение бесконечного времени».

Объект, находящийся в постоянном слабом захвате, никогда не ускользнет, ​​но никогда не достигнет устойчивой, стабильной орбиты. Она асимптотически приближается к набору захвата, не сталкиваясь со звездой.

Существует мало споров о том, что существуют планеты-изгои. в больших количествах. Звезды формируются в группы, которые в конечном итоге рассеиваются на более обширной территории. Поскольку звезды содержат планеты, некоторые из этих планет будут рассеяны в результате гравитационного взаимодействия до того, как родственные звезды получат некоторое отделение друг от друга.

«Окончательная архитектура любой солнечной системы будет сформирована рассеянием планет между планетами в дополнение к звездным пролетам соседних формирующихся звездных систем, поскольку близкие сближения могут вытягивать планеты и малые тела из системы, создавая то, что называется планетами-изгоями», — объясняют авторы.

«В совокупности, выброс планеты из ранней планеты Рассеяние планет и столкновение звезд, а также последующая эволюция многопланетной солнечной системы должны быть обычным явлением и подтверждают доказательства наличия очень большого количества планет-изгоев, свободно плавающих в межзвездном пространстве, которые, возможно, превышают количество звезд», авторы пишут, отмечая, что это утверждение является спорным.

И что же все это значит?

Исследователи разработали сечение захвата фазового пространства Солнечной системы, а затем подсчитали, сколько планет-изгоев находится в окрестностях нашей Солнечной системы. .

В окрестностях Солнца, простирающемся на радиус шести парсеков вокруг Солнца, находится 131 звезда и коричневые карлики. Астрономы знают, что по крайней мере на некоторых из них есть планеты, и на всех них вполне могут быть планеты, которые мы еще не обнаружили.

Каждый миллион лет около двух наших звездных соседей приближаются к Земле на расстояние нескольких световых лет. «Однако в ближайшие 50 000 лет ожидается, что шесть звезд пройдут мимо», — пишут авторы.

Внешняя граница Облака Оорта находится на расстоянии около 1,5 световых лет, поэтому некоторые из этих звездных столкновений могут легко вытеснить объекты из облака и направить их во внутреннюю часть Солнечной системы. Это уже случалось много раз, поскольку облако, вероятно, является источником долгопериодических комет.

Исследователи определили отверстия в фазовом пространстве Солнечной системы, которые могут позволить некоторым из этих объектов, ISO или планет-изгоев, достичь постоянный слабый захват.

Это отверстия в сфере Солнечного Холма, регионе, где Гравитация Солнца является доминирующей гравитационной силой для захвата спутников. Эти отверстия находятся на расстоянии 3,81 светового года от Солнца в направлении галактического центра или противоположно ему.

«Через эти отверстия возможен постоянный слабый захват межзвездных объектов в Солнечную систему», — заявляют авторы. «Они будут хаотично перемещаться внутри сферы Холма, чтобы навсегда захватить Солнце, что займет сколь угодно долгое время, в бесконечном количестве циклов.»

Мы все еще находимся на ранней стадии понимания ISO и планет-изгоев. Мы знаем, что они там, но не знаем, сколько их и где. Обсерватория Веры Рубин может открыть нам глаза на эту совокупность объектов. Это может даже показать, как они группируются в одних регионах и избегают других.

Согласно этой работе, если они Если вы находитесь близко к любому из отверстий в сфере Солнечного холма, у нас может быть посетитель, который решит остаться.

Эта статья была первоначально опубликована Universe Today. Прочтите оригинал статьи.