Как межзвёздные скитальцы «рассказывают» учёным об экзопланетах. Пример астероида Оумуамуа и кометы 2I/Борисова
В 2017 году мир узнал о неожиданном «вторжении» пришельца из другой звёздной системы. Телескоп Pan-STARRS1 позволил обнаружить межзвёздный астероид Оумуамуа. Практически сразу учёные выяснили, что он не принадлежит Солнечной системе, а прибыл извне. Его странное название объясняется тем, что телескоп, который увидел объект, расположен на гавайском острове Мауи. Соответственно, и имя у астероида гавайское — это слово переводится как «посланник издалека».
В 2019 году астроном-любитель Геннадий Борисов из Крыма обнаружил ещё один межзвёздный объект, который получил классификационный номер 2I/Борисов. Учёные предположили, что комета может происходить из системы, очень похожей на Солнечную. Как связаны эти два объекта и каким образом они помогают учёным изучать Вселенную? Подробности — под катом.
Межзвёздные путешественники — совсем не редкость
Ранее астрономы, разумеется, догадывались, что в космосе может быть множество объектов, которые по той либо иной причине ушли из своей звёздной системы и теперь находятся в «свободном полёте». В Солнечной системе, по мнению специалистов, такие путешественники тоже должны быть. Но большинство учёных считало их крайне редкими. Например, астрофизик Сюзанна Пфальцнер говорит, что не ожидала того, что ещё при её жизни удастся увидеть нечто подобное.
Благодаря тому, что в течение двух лет удалось обнаружить сразу двух пришельцев со звёзд, появилось мнение, что они могут встречаться гораздо чаще, чем раньше. В настоящий момент, считают некоторые астрономы, лишь около орбиты Нептуна может находиться примерно 10 000 межзвёздных объектов размером с Оумуамуа. Такое предположение сделал планетолог Дэвид Джуитта из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.
2I/Борисов на фоне далёкой-далёкой галактики
Ранее специалисты даже создали приблизительный «портрет» межзвёздного путешественника. Преимущественно это экзопланеты, которые состоят изо льда, камней и пыли. Комета 2I/Борисова вполне соответствовала этому предположению. При входе в Солнечную систему у неё вырос газопылевой хвост, как обычно это и происходит с кометами. К слову, всё это говорит о том, что 2I/Борисова возникла в звёздной системе, где температура была достаточно низкой, чтобы углекислый газ вмёрз в породу. Вероятно, эта комета «вела» себя примерно так же, как и кометы из Солнечной системы. Но в один прекрасный момент объект покинул свою «родину».
Возможно, причина — пролёт звезды в относительной близости от этой планетной системы. Может быть, это была и планета-гигант. Теоретически, если комета или астероид пройдёт близко к ней, объект может получить гравитационное ускорение, достаточное для того, чтобы покинуть свою звёздную систему. Компьютерные модели, разработанные учёными, показали, что Солнечная система отправила множество комет и астероидов за свои пределы именно из-за воздействия планет-гигантов.
А вот Оумуамуа сформировался в условиях, которые не позволили образоваться отложениям льда — во всяком случае, пролетая через нашу систему, астероид никак не проявил себя в плане газопылевой активности. Предположительно, он оказался выброшен в межзвёздное пространство во время агонии своего светила. Но вполне может быть, что его газовый хвост телескопы просто не обнаружили. А он, наверное, был, поскольку объект ускорился сильнее, чем можно ожидать, исходя лишь из расчётов на базе гравитации в Солнечной системе. Конечно, были предположения о том, что это корабль инопланетян, но гораздо более вероятно, что астероид начал выделять водород, который и не обнаружили телескопы. Некоторые астероиды в Солнечной системе дают примерно такую же картину из-за выделения водяного пара при приближении к Солнцу.
Нужно больше данных
Поняв, что межзвёздных объектов не так и мало, учёные решили начать более плотное наблюдение за ними. Но для этого нужно, чтобы совпало несколько факторов, включая изучение определённого участка неба. Ведь если бы Pan-STARRS1 не следил за своим «кусочком» небосвода, то Оумуамуа никогда бы не обнаружили.
С 2025 года отслеживать пришельцев со звёзд начнёт телескоп-обсерватория имени Веры Рубин. Диаметр его главного зеркала почти на семь метров больше, чем у Pan-STARRS1, что позволяет ему видеть более тусклые объекты, расположенные дальше. Телескоп предназначен для получения за один раз изображения с обширной площади неба.
«Википедия» говорит нам, что архитектура этого телескопа уникальна (с 8‑метровым зеркалом), она выполнена по трёхэлементной схеме Пауля — Бейкера. Такая конструкция способна обеспечить очень широкое поле зрения: его диаметр — 3,5 градуса, а площадь — 9,6 квадратного градуса. Для сравнения: Солнце и Луна, видимые с Земли, имеют диаметр 0,5 градуса, а площадь — 0,2 квадратных градуса. В сочетании с хорошей апертурой (и, таким образом, лучшей способностью собирать свет) это даст невероятно большой охват.
Для достижения подобного очень широкого неискажённого поля зрения требуется три зеркала вместо двух, используемых большинством существующих крупных телескопов. Диаметр главного — 8,4 метра, второго — 3,4 метра, а диаметр третьего зеркала, расположенного позади большого отверстия в главном зеркале, составляет 5 метров. Зачем отверстие? Оно снижает площадь сбора света главного зеркала до 35 м², что эквивалентно диаметру цельного зеркала в 6,68 м. Главное и третье зеркала создаются в качестве цельного куска стекла, «M1M3 монолит».
Цифровая фотокамера с матрицей 3,2 гигапикселя (состоит из 189 светочувствительных ПЗС-матриц, работающих в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах света) будет делать 15-секундные экспозиции каждые 20 секунд. Предполагается, что она будет делать около 200 000 фотографий (1,28 петабайта в несжатом виде) за год, что намного больше, чем может быть изучено людьми. Поэтому управление и эффективный интеллектуальный анализ огромного количества данных на выходе телескопа, как ожидается, будут наиболее технически сложной частью проекта. Первоначальные требования к вычислительному центру оцениваются в 100 терафлопс мощности и 15 петабайт для хранения данных с увеличением по мере получения новой информации.
Зачем всё это?
Благодаря новому телескопу и другим инструментам учёные собираются создать каталог межзвёздных объектов, аналогичный перечню экзопланет, в котором сейчас свыше 5 500 наименований. Изучение гостей нашей Солнечной системы позволит понять, из каких «кирпичиков» состоят другие планеты, находящиеся в десятках и сотнях световых лет от нас. Возможно, как считает Мередит Хьюз из Уэслианского университета в Мидлтауне, межзвёздные астероиды также помогут лучше понять происхождение жизни.
Сколько вообще объектов, подобных двум нашим «гостям»? По оценкам астрономов, в Млечном Пути может быть больше межзвёздных путешественников, чем звёзд в наблюдаемой Вселенной. Изучая их движение и спектры, возможно будет исследовать происхождение этих объектов и даже их химический состав. Соответственно, у нас будет гораздо больше информации о Вселенной и её эволюции, чем мы можем получить, используя для изучения лишь объекты Солнечной системы.
