Какая часть солнечной системы состоит из межзвездного материала?

Пол М. Саттер — астрофизик из SUNY Stony Brook и Института Флэтайрон, ведущий программ «Спроси космонавта» и «Космическое радио» и автор книги «Как умереть в космосе».

Саттер опубликовал эту статью для журнала Expert Voices: Op-Ed & Insights. Обнаружение межзвездных объектов в Солнечной системе подняло интересный вопрос: какая часть Солнечной системы состоит из инородного материала?

Новое исследование показывает, что ответ… совсем немного. Астрономы обнаружили в общей сложности двух межзвездных посетителей: трудно поддающееся классификации Оумуамуа в 2017 году и комету Борисов вскоре после этого. Эти два объекта провели в Солнечной системе относительно короткий промежуток времени — всего несколько лет по сравнению с десятками тысяч лет, которые они провели, путешествуя через пустынные межзвездные пространства между звездами.

Их прибытие породило предположения о количестве межзвездных объектов, пролетающих через галактику. Это число может легко исчисляться сотнями триллионов (если не больше), если выброс нежелательных обломков является обычным побочным эффектом образования солнечных систем.

Эта мысль о том, что вокруг Млечного Пути могут находиться бесчисленные крошечные объекты, порождает другой вопрос: какая часть солнечной системы была создана здесь изначально и какая часть захвачена блуждающим космическим мусором?

На сегодняшний день не было обнаружено каких-либо внесолнечных объектов, находящихся на орбите вокруг Солнца. Лучшее, что мы можем найти, — это микрометеороиды, крошечные пылинки, которые плавали в течение эонов. Но это отсутствие обнаружения не обязательно означает, что в тени не прячутся инопланетные камни.

Мы едва нанесли на карту все крупные скалы в поясе астероидов, не говоря уже о гораздо более удаленном — и гораздо более трудном для наблюдения — поясе Койпера внешней системы. Но изучение камней поодиночке в поисках чужого астероида или кометы — мучительно медленный процесс, особенно если мы вообще не знаем, насколько распространены эти породы.

Мне остаться или идти?

Новое исследование, опубликованное на сервере препринтов arXiv и принятое к публикации в The Planetary Science Journal, пытается оценить количество захваченных межзвездных объектов, попадающих в солнечную систему, и отслеживать, как долго эти объекты остаются здесь. Исследователи использовали множество симуляций.

Они изучили поведение 276 691 объекта, входящего в Солнечную систему во всех направлениях и скоростях, и проследили эволюцию каждого из этих смоделированных объектов в Солнечной системе на миллиард лет назад. Они обнаружили, что большинство межзвездных объектов живут недолго.

Если они окажутся вокруг Солнца, в пределах орбиты Юпитера, они, скорее всего, близко столкнутся с этой гигантской планетой. И когда происходит это близкое столкновение, они либо съедаются газовым гигантом, либо выбрасываются обратно из Солнечной системы. Если инородный объект окажется на орбите с плоскостью, близкой к плоскости других планет, этот объект, вероятно, также будет отброшен в результате комбинированного гравитационного воздействия всех первоначальных членов Солнечной системы.

Хотя посторонние предметы, как правило, хранятся миллионы лет, это не потому, что они постоянно открыты. Когда они захватываются солнцем, они имеют очень большие и очень вытянутые орбиты. Объекту может потребоваться несколько орбит, то есть более миллиона лет, чтобы выяснить, останется ли он надолго.

В конце концов, инородным объектам трудно выжить в Солнечной системе. Из более чем 270 000 смоделированных объектов только 13 оставались более 500 миллионов лет, а всего три оставались на протяжении миллиарда.

Волк в овечьей шкуре

Итак, посторонние предметы не остаются в Солнечной системе надолго. Это одна из частей головоломки. Другой оценивает, сколько объектов пересекает систему. Если это подавляюще большое число, то даже с жалкими показателями выживаемости Солнечная система может быть кишит межзвездными посетителями.

Оценка немного спекулятивна, потому что она основана на моделях планетарного образования и небольшой информации, полученной из Оумуамуа и Борисова. Когда формировалось Солнце, оно входило в состав гораздо более крупного звездного скопления. Поскольку он был намного ближе к другим формирующимся звездам (и формирующимся планетным системам), тогда было гораздо больше шансов захватить посторонний материал.

Исследователи подсчитали, что Солнце захватило достаточно объектов во время своей фазы рождения, чтобы собрать 1/1000 массы Земли, что могло бы быть достаточно для создания около шести астероидов размером с карликовую планету Церера. За миллиарды лет, прошедшие с момента рождения Солнечной системы, она также ежегодно сталкивалась с несколькими объектами, такими как Оумуамуа и Борисов.

Собирая все вместе, мы не должны ожидать большого количества инородного материала в Солнечной системе — всего лишь одна миллиардная часть массы Земли от инородных объектов, захваченных во время формирования нашей системы, и более чем в тысячу раз меньше, чем это было с тех пор, по оценке авторов исследования. . Этого материала едва ли достаточно, чтобы собрать один астероид шириной 6 миль (10 километров).

Этот результат имеет два важных следствия. Во-первых, мы не должны искать захваченные посторонние предметы, потому что они чрезвычайно редки. Во-вторых, теории панспермии, которые утверждают, что жизнь, возможно, зародилась где-то еще и была перенесена на Землю позже, несостоятельны.

Просто не хватает материала, летящего через галактику, попадающего в солнечные системы, вылетающего на стабильные орбиты, а затем оказывающегося на других планетах, чтобы идея заработала.