İşte yıldızlararası nesnelerin ve başıboş gezegenlerin güneş sisteminde nasıl sıkışıp kalabileceği

‘Oumuamua, 2017 yılında güneş sistemimizi geçtiğinde, bunu yaptığı doğrulanan ilk Yıldızlararası Nesne (ISO) oldu. Daha sonra 2019’da Comet 2l/Borisov da aynı şeyi yaptı. Bunlar güneş sistemimizi ziyaret ettiği onaylanmış yalnızca iki ISO’dur. Güneş sistemimizin uzun geçmişinde çok daha fazla ISO ziyaret etmiş olmalı ve gelecekte de çok daha fazlası ziyaret edecek. Açıkçası bu nesnelerden daha fazlası var ve yaklaşmakta olan Vera Rubin Gözlemevi’nin çok daha fazlasını keşfetmesi bekleniyor.

Bazı gezegenlerin uyduları yakaladığı gibi, güneşin de bir İZO’yu veya başıboş bir gezegeni yakalaması mümkündür.

Her şey faz uzayına bağlı.

Olgun, sakin güneş sistemimiz aniden başka bir üye kazanırsa ne olur? Bu, nesnenin kütlesine ve kendisini içinde bulduğu nihai yörüngeye bağlı olacaktır. Bu ilginç bir düşünce deneyidir; Borisov ve ‘Oumuamua daha küçük nesneler olsa da, güneş sistemimize katılan daha büyük bir başıboş gezegen yörüngede kaos yaratabilir. Bu son derece ihtimal dışı olsa da, potansiyel olarak Dünya’daki yaşamın gidişatını değiştirebilir.

Bu senaryo ne kadar olası? Yeni bir araştırma notu içinde Gök Mekaniği ve Dinamik Astronomi Güneş sistemimizin bir ISO’yu nasıl yakalayabileceğini özetlemektedir. Başlığı “Güneş Sistemine Kalıcı Yakalama” ve yazarları Yeshiva Üniversitesi Matematik Bilimleri Bölümü’nden Edward Belbruno ve eski NASA’dan ve şimdi de Space Science Endeavors’tan James Green.

Faz uzayı, güneş sistemimiz gibi dinamik bir sistemin durumunu tanımlayan matematiksel bir gösterimdir. Faz uzayı hem konumu hem de momentumu temsil eden koordinatları kullanır. Güneş etrafındaki olası tüm yörünge konfigürasyonlarını içeren çok boyutlu bir uzay gibidir.

Faz uzayı, hem konum hem de momentum özelliklerini izleyerek dinamik bir sistemin durumunu yakalar. Güneş sistemimizin faz uzayında, bir ISO’nun kendisini yerçekimsel olarak güneşe bağlı bulabileceği yakalama noktaları vardır.

Faz uzayı karmaşıktır ve Hamilton mekaniğine dayanmaktadır. Yörünge eksantrikliği, yarı ana eksen ve yörünge eğimi gibi şeylerin tümü onu besler. Faz uzayı en iyi şekilde çok boyutlu bir manzara olarak anlaşılır.

Güneş sistemimizin faz alanı iki tür yakalama noktası içerir: zayıf ve kalıcı.

Zayıf yakalama noktaları, bir nesnenin geçici olarak yarı kararlı bir yörüngeye çekilebileceği uzaydaki bölgelerdir. Bu noktalar genellikle nesnelerin yerçekimsel sınırlarının dış kenarlarının buluştuğu noktalardır. Yörüngesel bir evlat edinmeden çok yerçekimsel dürtülere benziyorlar.

Kalıcı yakalama noktaları, bir nesnenin sabit bir yörüngede kalıcı olarak yakalanabileceği uzaydaki bölgelerdir. Bir nesnenin açısal momentumu ve enerjisi, onun yörüngesini korumasını sağlayan kesin bir konfigürasyondur. Gezegensel sistemlerde bu kalıcı yakalama noktaları, son derece uzun süreler boyunca varlığını sürdüren kararlı yörünge konfigürasyonlarıdır.

Güneş sistemimizin faz uzayı son derece karmaşıktır ve birçok hareketli cisim ve bunların değişen koordinatlarını içerir. Faz uzayı koordinatlarındaki küçük değişiklikler, nesnelerin kalıcı yakalama durumları ile zayıf yakalama durumları arasında geçiş yapmasına izin verebilir. Aynı şekilde, ISO’lardaki veya başıboş gezegenlerdeki ince farklar da onları bu noktalara götürebilir.

Araştırma notlarında, yazarlar bir ISO’nun kalıcı olarak yakalanmasını şu şekilde açıklamaktadır: “Yıldızlararası uzaydan Güneş etrafındaki küçük bir cisim olan P’nin kalıcı olarak yakalanması, P’nin asla yıldızlararası uzaya geri kaçamaması ve yakalanmış halde kalmasıyla gerçekleşir. gelecek tüm zamanlar boyunca güneş sistemi içinde, güneşle çarpışmadan hareket edecek.” Püristler, gelecekte hiçbir şeyin aynı olamayacağını fark edeceklerdir, ancak asıl nokta ortadadır.

Diğer araştırmacılar bu senaryoyu derinlemesine incelediler ancak bu çalışma bir adım daha ileri gidiyor. “Kalıcı olarak yakalanmanın yanı sıra, P aynı zamanda zayıf bir şekilde yakalanıyor” diye yazıyorlar. Çözülmesi oldukça zor olan üç cisim probleminin etrafında dönüyor.

Ayrıca Jüpiter’i üçüncü cisim olarak kullanan önceki araştırmalardan farklı olarak, bu çalışma galaksinin gelgit kuvvetini P ve S ile birlikte üçüncü cisim olarak kullanıyor. “Bu gelgit kuvvetinin hız için faz uzayının yapısı üzerinde kayda değer bir etkisi var. Güneşten uzaklığı ve mesafeyi düşünüyoruz” diye açıklıyor makalelerinde.

Makale faz uzayı ve ISO yakalamanın teorik doğasına odaklanmaktadır. “Sonsuz bir süre boyunca meydana gelen, kalıcı zayıf yakalama adı verilen özel bir kalıcı yakalama türünün dinamik ve topolojik özelliklerini” inceliyor. Kalıcı olarak zayıf yakalanan bir nesne asla kaçamayacak, ancak asla tutarlı ve istikrarlı bir yörüngeye ulaşamayacaktır. Yıldızla çarpışmadan yakalama kümesine asimptotik olarak yaklaşır.

Muhtemelen çok sayıda haydut gezegenin var olduğuna dair pek fazla tartışma yok. Yıldızlar gruplar halinde oluşur ve sonunda daha geniş bir alana dağılır. Yıldızlar gezegenlere ev sahipliği yaptığından, bu gezegenlerin bazıları, eş-doğumlu yıldızların birbirlerinden bir miktar ayrılmadan önce yerçekimsel etkileşimler yoluyla dağılacaklardır.

“Herhangi bir güneş sisteminin nihai mimarisi, bitişik yıldız sistemlerinin yıldız uçuşlarına ek olarak gezegen-gezegen saçılımı tarafından şekillendirilecektir, çünkü yakın karşılaşmalar gezegenleri ve küçük cisimleri sistemin dışına çekerek haydut gezegenler olarak adlandırılan şeyleri yaratabilir.” yazarlar açıklıyor.

“Birlikte ele alındığında, erken gezegen-gezegen saçılımı ve yıldız karşılaşmaları ile çok gezegenli güneş sisteminin daha sonraki evriminde gezegen fırlatılması yaygın olmalı ve yıldızlararası uzayda serbestçe dolaşan çok sayıda başıboş gezegene ilişkin kanıtları desteklemelidir. belki de yıldız sayısını aşabilir” diye yazıyor yazarlar, bu iddianın tartışmalı olduğunu belirtiyorlar.

Peki tüm bunlar ne anlama geliyor? Araştırmacılar, güneş sisteminin faz alanı için bir yakalama kesiti geliştirdiler ve ardından güneş sistemimizin yakınında kaç tane haydut gezegen olduğunu hesapladılar. Güneşin etrafında altı parseklik bir yarıçapa kadar uzanan güneş mahallemizde 131 yıldız ve kahverengi cüce bulunmaktadır. Gökbilimciler bunlardan en azından birkaçının gezegenlere ev sahipliği yaptığını biliyor ve hepsinin de henüz tespit edemediğimiz gezegenlere ev sahipliği yapmış olabileceğini biliyorlar.

Her milyon yılda bir, yıldız komşularımızdan yaklaşık ikisi Dünya’nın birkaç ışıkyılı yakınına gelir. Yazarlar, “Ancak önümüzdeki 50.000 yıl içinde altı yıldızın yakından geçmesi bekleniyor” diye yazıyor. Oort Bulutu’nun dış sınırı yaklaşık 1,5 ışıkyılı uzaklıkta olduğundan, bu yıldız karşılaşmalarından bazıları nesneleri buluttan kolaylıkla yerinden çıkarabilir ve onları iç güneş sistemine doğru gönderebilir. Bulut muhtemelen uzun dönemli kuyruklu yıldızların kaynağı olduğundan bu durum birçok kez yaşandı.

Araştırmacılar, güneş sisteminin faz uzayında bu nesnelerin, ISO’ların veya başıboş gezegenlerin bazılarının kalıcı olarak zayıf yakalanmasına izin verebilecek açıklıklar tespit ettiler. Bunlar, güneşin yerçekiminin uyduları yakalamak için baskın yerçekimi kuvveti olduğu bir bölge olan Sun’s Hill küresindeki açıklıklardır. Bu açıklıklar, galaktik merkez yönünde veya tam tersi yönde, güneşten 3,81 ışıkyılı uzaklıkta bulunmaktadır.

Yazarlar, “Yıldızlararası nesnelerin güneş sistemine kalıcı olarak zayıf bir şekilde yakalanması bu açıklıklar aracılığıyla mümkündür” diyor. “Sonsuz sayıda döngüyle keyfi olarak uzun bir zaman alan güneşi kalıcı olarak yakalamak için Hill’in küresi içinde kaotik bir şekilde hareket edeceklerdi.” Bu nesneler asla güneşe çarpmaz ve kalıcı olarak yakalanabilir. “Haydut bir gezegen, tespit edilmesi mümkün olabilecek gezegenlerin yörüngelerini bozabilir” sonucuna vardılar.

ISO’ları ve başıboş gezegenleri anlama konusunda hâlâ ilk günlerdeyiz. Orada olduklarını biliyoruz ama sayılarını ve nerede olduklarını bilmiyoruz. Vera Rubin Gözlemevi bu nesne popülasyonuna gözlerimizi açabilir. Hatta bazı bölgelerde nasıl kümelenip diğerlerinden nasıl kaçındıklarını bile gösterebilir.

Bu çalışmaya göre, eğer Güneş Tepesi küresindeki açıklıklardan herhangi birine yakınlarsa, kalmaya karar veren bir ziyaretçimiz olabilir.