Over een jaar (misschien twee) het Vera C. Rubin Observatorium in Chili zal operationeel worden en beginnen met zijn 10-jarige Legacy Survey of Space and Time (LSST). Met behulp van zijn 8,4-meter (27 voet) spiegel en 3,2 gigapixel camera, dit observatorium zal naar verwachting 500 petabyte aan afbeeldingen en gegevens verzamelen. Het zal ook enkele van de meest prangende vragen over de structuur en evolutie van het universum en alles erin behandelen.

Een van de langverwachte aspecten van de LSST is hoe astronomen interstellaire objecten (ISO's) kunnen lokaliseren en volgen. die van bijzonder belang zijn geworden sinds 'Oumuamua in 2017 door ons systeem vloog. Volgens een recente studie door een team van de Universiteit van Chicago en het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), het Rubin Observatorium zal tijdens zijn 10-jarige missie ongeveer 50 objecten detecteren, waarvan we er veel van dichtbij kunnen bestuderen met behulp van rendez-vous-missies.

Hun paper dat hun bevindingen beschrijft, die wordt beoordeeld voor publicatie in de Planetair wetenschappelijk tijdschrift, werd geleid door Devin Hoover, een onderzoeker bij de afdeling Astronomy and Astrophysics aan de Universiteit van Chicago. Hij werd vergezeld door Darryl Seligman, een TC Chamberlin Postdoctoral Fellow bij de afdeling Geofysische Wetenschappen van de Universiteit van Chicago; en Matthew Payne, een SAO-onderzoeker bij het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Sinds de mensheid op 19 oktober voor het eerst een glimp opvangt van een interstellair object, 2017, astronomen hebben de mogelijkheid overwogen om toekomstige bezoekers te ontmoeten. Terwijl astronomen al hadden getheoretiseerd dat ons zonnestelsel een paar keer per jaar wordt bezocht door interstellaire objecten, 'Oumuamua, het eerste object dat ooit is waargenomen. Bovendien, de manier waarop het classificatie trotseerde leidde al snel tot het besef dat dit object het eerste in zijn soort was dat ooit werd waargenomen.

Dit leidde tot geen gebrek aan speculaties over wat het zou kunnen zijn, met mogelijkheden variërend van een waterstofijsberg, een stuk van een Pluto-achtig lichaam, een interstellaire "stofkonijn, " en zelfs een buitenaards zonnezeil. Ongeacht zijn ware aard, 'Alleen al het bestaan ​​van Oumuamua bevestigde dat ISO's statistisch significant zijn in onze melkweg, die werd versterkt door de detectie van een tweede ISO (2I/Borisov) bijna twee jaar later.

Zoals hoofdauteur Devin Hooper via e-mail aan Universe Today uitlegde:het vooruitzicht van het bestuderen van een ISO is veelbelovend, gegeven wat ze vertegenwoordigen:"Interstellaire objecten vertegenwoordigen de bouwstenen en overblijfselen van het planeetvormingsproces in extrasolaire systemen. Net zoals de kometen en asteroïden in het zonnestelsel ons meer hebben verteld over de vorming ervan dan de planeten zelf, interstellaire objecten zullen ons meer vertellen over planeet- en stervorming dan exoplaneten en sterren. Aangezien deze objecten door het zonnestelsel gaan, we kunnen inzicht krijgen in de bouwstenen van extra-solaire planeten zonder naar andere planetaire systemen te reizen."

Om deze redenen, de astronomische gemeenschap kijkt uit naar de ontdekking van meer interstellaire objecten. Verschillende onderzoeken hebben al aangetoond hoe nieuwe instrumenten meerdere van dergelijke objecten per jaar kunnen detecteren, waarmee astronomen de eigenschappen van dit type object kunnen beperken en bepalen hoe 'Oumuamua en 2I/Borisov in de totale populatie passen.

Bijvoorbeeld, onderzoekers hebben aangegeven dat het Vera C. Rubin Observatorium verschillende ISO's per jaar zal detecteren zodra de LSST begint. evenzo, er zijn voorstellen voor snelle onderscheppingsmissies die een ontmoeting kunnen hebben met sommige van deze objecten. Om te bepalen hoeveel objecten detecteerbaar en bereikbaar zijn, Hoover en zijn collega's voerden een reeks computersimulaties uit die een hele populatie ISO's genereerden die het zonnestelsel binnenkwamen.

De nummerdichtheid van de objecten was gebaseerd op wat de detectie van 'Oumuamua en 2I/Borisov impliceerde, d.w.z. 10 ²⁶ in onze melkweg, en een die op een bepaald moment door het binnenste zonnestelsel gaat. Om te zien welke detecteerbaar zou zijn door de LSST, zei Hoover, ze ontwikkelden drie detecteerbaarheidscriteria:

"Eerst, de ISO moet een minimale schijnbare magnitude hebben van minder dan 24; met andere woorden, het moet helder genoeg zijn om door de LSST te worden waargenomen. Tweede, de ISO moet een hoogte bereiken van meer dan +30 graden; met andere woorden, het moet hoog genoeg in de lucht zijn... Eindelijk, de zon moet een hoogte hebben van minder dan -18 graden; met andere woorden, de zon staat onder de horizon om de lucht voldoende donker te maken op het moment van waarneming. De tweede en derde criteria zorgen ervoor dat detecteerbare ISO's aanzienlijk ver van de zon aan de hemel verwijderd zijn."

Als een ISO die door het binnenste zonnestelsel gaat, op enig punt in zijn traject aan alle drie deze criteria voldoet (samenvallend met de 10-jarige observatiecampagne van de LSST), toen werd het als detecteerbaar beschouwd. Ze ontdekten dat ongeveer 20% van de ISO's in hun gesimuleerde populatie detecteerbaar zou zijn door de LSST en bereikbaar zou zijn met een speciale ISO-rendez-vous-missie. Dit komt neer op ongeveer één ISO per jaar bereikbaar tussen 2022/23-2032/33.

Kijkend naar de nabije toekomst, deze resultaten zullen onderzoekers in staat stellen observatiestrategieën te ontwikkelen die de kans op het detecteren van ISO's maximaliseren en helpen bepalen welke toekomstige rendez-vous-missies haalbaar zijn. Hoover zegt, "Specifiek, 1,69% van de ISO's in onze steekproef zijn zowel detecteerbaar als bereikbaar voor een rendez-vous missie met 30 km/s delta-v. We hebben beide criteria nodig omdat we alleen de trajecten van gedetecteerde ISO's kennen, waardoor het mogelijk is om onderscheppingsmissies naar hen te sturen. Dit, natuurlijk, hangt af van de ontdekking van meer ISO's. Naarmate de astronomische gemeenschap haar detectiemogelijkheden verbetert, we zullen een veel groter aantal ISO's onderzoeken, waardoor we kunnen kiezen uit een breder scala aan doelen voor een rendez-vous-missie."

Direct, er zijn twee missies in ontwikkeling - ESA's Comet Interceptor-missie en het NASA BRIDGE-concept - die beide in dit onderzoek door Hoover en zijn collega's werden overwogen. Zoals Hoover aangaf, deze missies hebben een delta-v van 15 km/s (54, 000 km/u; 33, 554 mph) en 2 km/s (7, 200 km/u; 4, 474 mph) respectievelijk. Dit voldoet niet aan de delta-v-vereisten die in hun onderzoek zijn gespecificeerd, waardoor de populatie van bereikbare ISO's aanzienlijk wordt verkleind.

In feite, de resultaten van Hoover en zijn collega's geven aan dat met deze twee missies, het percentage bereikbare ISO's daalde tot 0,471% en 0,003% van hun steekproef, respectievelijk. Gezien de aantaldichtheid van ISO's in hun simulatie, dit komt neer op ongeveer 1 ISO per jaar dat detecteerbaar en bereikbaar zou zijn met het BRIDGE-concept van NASA. Echter, er zijn veel voorstellen voor onderscheppingsmissies met hogere delta-v-mogelijkheden, zoals lichtzeilen en arrays met gerichte energie. Zelfs langzamere missies maken nog steeds kans op een rendez-vous.

"Vanwege technologische beperkingen, the delta-v capabilities of current missions are limited, but this does not make a rendezvous mission with an ISO impossible, " said Hoover. "Given the current estimate for the number density of ISOs within the solar system, ~100 are within the 5 AU sphere at any given time. Given the time it takes for a typical ISO to cross the 5 AU sphere, we calculated that the LSST should detect ~10 reachable targets for BRIDGE within its 10-year observational campaign. Dus, I would not rule out the possibility of low delta-v intercept missions."

Vooruit kijken, the results of this study will be of considerable use to astronomers and space agencies. Beyond offering updated estimates on how many ISOs will be detectable soon, these results will also allow researchers to devise observation strategies that maximize the likelihood of detecting ISOs. Verder, they underline the need for dedicated intercept missions capable of keeping up with ISOs that buzz our system!