Oumuamua (L) e o cometa 2I / Borisov (R) são os únicos dois ISOs que conhecemos com certeza. Crédito:ESO / M. Kornmesser, nagualdesign
Agora que sabemos que objetos interestelares (ISOs) visitam nosso sistema solar, os cientistas desejam entendê-los melhor. Como eles poderiam ser capturados? Se eles forem capturados, o que aconteceu com eles? Quantos deles podem estar em nosso sistema solar?
Uma equipe de pesquisadores está tentando encontrar respostas.
Sabemos de duas ISOs com certeza:"Oumuamua e cometa 2I / Borisov. Deve ter havido outras, provavelmente muitos deles. Mas só recentemente ganhamos a tecnologia para vê-los. Provavelmente vamos descobrir muito mais deles em breve, graças a novas instalações como o Observatório Vera C. Rubin.
Em um novo artigo submetido a The Planetary Science Journal , um trio de pesquisadores investigou a questão das ISOs em nosso Sistema Solar. O título do artigo é "Sobre o destino de objetos interestelares capturados por nosso sistema solar". O primeiro autor é Kevin Napier, do Departamento de Física da Universidade de Michigan.
Como as coisas estão agora, não há uma maneira confiável de identificar objetos individuais capturados. Se os astrônomos pudessem pegar um ISO no processo de captura, isso seria bom. Mas o sistema solar é terrivelmente complexo, e isso dificulta a identificação de ISOs. "Dada a complexa arquitetura dinâmica do sistema solar externo, não é fácil determinar se um objeto é de origem interestelar, "escrevem os autores.
Esta figura do estudo mostra alguns resultados de simulação. Cada linha azul é um ISO individual. O topo representa a distância osculante do pericentro em UAs. A parte inferior mostra a inclinação em graus. Em suas simulações, objetos individuais não se tornam distinguíveis até depois de cerca de 100 milhões de anos. Quando uma linha azul termina, que ISO deixou o sistema solar. Crédito:Napier et al 2021
Não houve muitas oportunidades de estudar "Oumuamua ou Borisov. Eles foram identificados como ISOs por seu excesso de velocidade hiperbólica. Isso significa que um objeto tem a trajetória certa e uma velocidade alta o suficiente para escapar da gravidade de um objeto central. Neste caso, o objeto central é, claro, o sol.
Então, ISOs podem ser capturados? Muito provável. “O primeiro passo para investigar rigorosamente essa questão é calcular uma seção transversal de captura para objetos interestelares como uma função do excesso de velocidade hiperbólica ...” escrevem os autores.
Mas esse é apenas o primeiro passo, de acordo com os autores. "Embora a seção transversal forneça o primeiro passo para calcular a massa de rochas estranhas que residem em nosso sistema solar, também precisamos saber o tempo de vida dos objetos capturados. "Os pesquisadores calcularam o tempo de vida dos objetos usando simulações, tentei entender o que acontece com eles ao longo do tempo em nosso sistema solar, e então surgiu com um inventário atual de ISOs capturados.
Os pesquisadores identificaram três tendências gerais:
Esta figura do estudo mostra a fração sobrevivente de ISOs capturados ao longo do tempo. Os pontos pretos representam os dados da simulação, e a linha azul é o melhor ajuste de acordo com a equação. Leva pelo menos cerca de 1 milhão de anos antes que órbitas suficientes ocorram para que um ISO seja ejetado. Crédito:Napier et al 2021
No primeiro caso, se um ISO não consegue levantar seu pericentro além de Júpiter, provavelmente será puxado para o gigante gasoso e destruído. No segundo caso, objetos em órbitas altamente inclinadas têm menos probabilidade de encontrar um planeta porque na maioria das vezes eles estão fora do plano do sistema solar. Objetos em órbitas planas têm maior probabilidade de encontrar um planeta e serem perturbados e enviados de volta ao espaço interestelar. No terceiro caso, é difícil para um ISO atingir o status transnetuniano permanente porque levaria uma cadeia de eventos muito improvável.
As simulações têm algumas limitações, que os autores explicam. Eles representam apenas os quatro maiores planetas do sistema solar e o sol. Os corpos menores não são massivos para ter muito efeito, ou o efeito que eles teriam é diminuído pelo sol. Eles também ignoram a liberação de gases, pressão de radiação do sol, ou arraste de atmosferas planetárias, o que seria extremamente raro de qualquer maneira, e provavelmente não afetará os resultados. "Cada uma dessas aproximações é bastante modesta, de modo que incluí-los faria relativamente pouca diferença em nossas conclusões, "eles explicam.
Geral, a simulação mostra que, ao longo do tempo, a maioria dos corpos capturados seriam ejetados do sistema solar. Leva um tempo, no entanto. Isso porque a maioria dos ISOs simplesmente passaria pelo sistema, e aqueles que foram capturados em uma órbita instável de algum tipo passariam por muitas órbitas, 30 neste trabalho, antes de ser ejetado. Isso porque os objetos capturados normalmente têm eixos semi-principais de 1000 UA com períodos orbitais de cerca de 30, 000 anos. So it takes at least one million years before any captured ISOs could be ejected.
The researchers also calculated the populations of captured ISOs that might be in our solar system currently. They point out that there are two distinct time periods when objects can be captured that are of interest. The first is in the early days of the solar system when the sun is still in its birth cluster of stars, and objects from within that cluster could be captured. The second is when the sun resides in the field.
In their simulations, the trio of scientists used 276, 691 synthetic captured interstellar objects. Of those, only 13 survived for 500 million years, and only three objects survived for one billion years. But these results come with detailed caveats that are best explained in the paper itself.
The authors point out that their simulations might be useful in understanding panspermia. If the chemicals necessary for life, or even life itself, can somehow travel between solar systems, the ISOs likely play a role. Maybe the most prominent role.
They also mention the Planet Nine scenario. One of the authors of this paper, Konstantin Batygin, along with Michael E. Brown, hypothesized a so-called Planet Nine. The Planet Nine hypothesis states that another planet about five to 10 times the mass of Earth is in a wide orbit with a semi-major axis of 400 to 800 AUs. Planet Nine, se existe, would take between 10, 000 and 20, 000 years to complete one orbit around the sun.
According to this paper, when included in the simulations, Planet Nine "…yielded rich dynamics that did not appear in the simulations including only the four known giant planets."
