według większości norm przestrzeń jest wyjątkowo pusta, zawierająca średnio tylko jeden proton na cztery metry sześcienne objętości. W tym kosmicznym oceanie, tak niezrozumiale opustoszałym i rozległym, całe galaktyki są podobne do rozrzuconych plam morskiej piany-nie wspominając o gwiazdach, planetach i innych mniejszych obiektach, które zanikają na skutek pustki. Dla przypadkowych grudek materii dryfujących w głębinach, aby jakoś się odnaleźć, wydaje się graniczyć z cudem.
a jednak odnajdują siebie i to w zaskakujących liczbach. Gwiazdy i planety rutynowo wyrzucają mniejsze obiekty w przestrzeń międzygwiezdną jako nieuniknioną konsekwencję mechaniki orbitalnej. A niedawne odkrycie ’ Oumuamua-tajemniczego i pierwszego w swoim rodzaju obiektu międzygwiezdnego szpiegowanego przez przypadek, gdy w zeszłym roku minął blisko naszego Słońca—potwierdza to. Statystyczne ekstrapolacje sugerują, że kwadrylion bilionów podobnych obiektów może czaić się jeszcze niewidocznie w ciemnych przestrzeniach między gwiazdami Drogi Mlecznej, tak wiele, że zawsze powinien być jeden tak odległy przechodzień przelatujący przez sferę hipotetyczną ograniczoną orbitą Ziemi wokół naszej Gwiazdy. Przy szacowanej wielkości około pół kilometra, 'Oumuamua pod pewnymi względami reprezentuje wierzchołek międzygwiezdnej góry lodowej; tak jak ziarna piasku znacznie przewyższają duże skały na plaży, na każde ciało wielkości’ Oumuamua wędrujące po galaktyce powinno być o wiele, wiele więcej obiektów, nawet mniejszych. Naukowcy wiedzą już o wielu mikroskopijnych imigrantach międzygwiezdnych-promieniach kosmicznych i plamach pyłu gwiezdnego wielkości mikronów, które czasami uderzają w statki kosmiczne – ale poza ’ Oumuamua nigdy nie znaleziono nic większego.
teraz dwóch naukowców-Avi Loeb, Katedra astronomii na Uniwersytecie Harvarda i student Harvardu Amir Siraj-twierdzą, że zmieniło się to, argumentując, że skromny meteor zaobserwowany w styczniu 2014 r.był w rzeczywistości wyrzutkiem innej gwiazdy. Szczegółowo opisują swój wynik w preprincie złożonym do recenzowanej publikacji w czasopiśmie Astrophysical letters. Jeśli zostanie potwierdzone, odkrycie może pomóc otworzyć nową granicę w wykrywaniu i badaniu meteorów międzygwiezdnych.
twierdzenie hiperboliczne
„poprzednie podejścia do tego problemu przypominały szukanie kluczy pod latarnią, gdzie nasze słońce jest lampą oświetlającą otoczenie, a mijające obiekty międzygwiezdne są kluczami”, wyjaśnia Loeb. „To dobra technika—w ten sposób znaleziono 'Oumuamua – ale naprawdę ogranicza cię, szczególnie w próbach określenia kompozycji obiektu.”
do swoich badań Loeb i Siraj użyli innej metody, szukając dowodów na obecność obiektów międzygwiezdnych w ponad trzech dekadach danych z Center for Near Earth Object Studies (Cneos), globalnego katalogu meteorów prowadzonego przez NASA, wykrywanego przez sieci amerykańskich czujników rządowych.
ponieważ powinno być o wiele więcej obiektów międzygwiezdnych o mniejszych rozmiarach, Loeb mówi: „Istnieje duża szansa, że pojawią się one jako meteory, ponieważ szanse na ich przecięcie się z ziemią są większe.”Monitorowanie jasnego śladu meteorytu podczas spalania się w atmosferze naszej planety może ujawnić nie tylko wielkość i skład obiektu, ale także jego trajektorię i prędkość w odniesieniu do ziemi i słońca. Jeśli przewidywana prędkość meteorytu przekracza około 42 km / s—prędkość ucieczki układu słonecznego w pobliżu Ziemi—jego trajektorię można uznać za „hiperboliczną”, co oznacza, że mógł to być „niezwiązany” przechodzień międzygwiezdny poruszający się zbyt szybko, aby mógł zostać uchwycony przez grawitację słońca.
tylko jedno zdarzenie w bazie danych CNEOS spełniło konserwatywne kryteria Loeba i Siraja: kula ognia u wybrzeży Papui-Nowej Gwinei 8 stycznia 2014 roku. Zgodnie z analizą danych CNEOS, meteoryt miał pół metra wielkości i ważył prawie 500 kilogramów, wchodząc w atmosferę ziemską z prędkością prawie 44 kilometrów na sekundę, zanim eksplodował wysoko nad Oceanem Spokojnym. Co ciekawe, ślad meteorytu wykazał, że nie uderzył głową w ziemię, jak można się spodziewać po szybko poruszającym się, ale rodzimym obiekcie, który znajduje się na orbicie wstecznej wokół naszej Gwiazdy. Zamiast tego wydawało się, że zawinął od tyłu, wyprzedzając naszą planetę, gdy ziemia poruszała się wokół Słońca—sugerując, że jej rzeczywista prędkość w odniesieniu do naszego Układu Słonecznego wynosiła ponad 60 kilometrów na sekundę. Rekonstruując najbardziej prawdopodobną drogę obiektu na Ziemię, Loeb i Siraj nie znaleźli wcześniejszych bliskich spotkań z Jowiszem lub innymi dużymi ciałami, które mogłyby zwiększyć jego prędkość.
przypadek meteorytu będącego skałą z innej gwiazdy wydawał się prawie zbyt piękny, aby mógł być prawdziwy, zwłaszcza że dane CNEOS są najlepiej interpretowane z ostrożnością. Podstawowymi źródłami katalogu są sklasyfikowane satelity obserwujące ziemię obsługiwane przez wojsko USA, które mogą rejestrować jasność, orientację i czas trwania kul ognia wchodzących w atmosferę naszej planety. Ze względów bezpieczeństwa narodowego rząd odmawia ujawnienia informacji o potencjalnych źródłach niepewności w tajnych pomiarach satelitów.
„Na początku w to nie wierzyłem” – mówi Siraj. Przez tydzień on i Loeb wielokrotnie sprawdzali analizę danych CNEOS, zawsze dochodząc do tego samego wniosku: meteor musiał mieć międzygwiezdne pochodzenie. Ostatecznie zdecydowali się przetestować swoje metody na innym, znacznie lepiej zbadanym wydarzeniu-20-metrowym Meteorze, który eksplodował i siał spustoszenie w rosyjskim mieście Czelabińsk w 2013 roku. Korzystając z nagrań wideo czelabińskiej kuli ognia, „ustaliliśmy jej orbitę za pomocą naszych metod i było to bardzo bliskie dopasowanie”, mówi Siraj. „Kiedy to zobaczyłem, pomyślałem:” o mój Boże, to jest prawdziwe.””
międzygwiezdne Pochodzenie Życia?
szacowana prędkość ekstremalna meteorytu była nie tylko znacznie wyższa niż w przypadku obiektów orbitujących wokół Słońca, ale także znacznie wyższa niż w przypadku innych pobliskich systemów wirujących przez cienki, rozgwieżdżony dysk Drogi Mlecznej. To, jak mówi Loeb, oznacza, że jego domniemane międzygwiezdne pochodzenie jest zdecydowanie egzotyczne. „Albo pochodzi od gwiazdy na grubym dysku galaktyki, „mówi,” albo pochodzi z cienkiego dysku galaktyki, z wewnętrznych regionów układu planetarnego, gdzie obiekty krążą z większą prędkością.”
analiza pary sugeruje również, że obiekty międzygwiezdne tej skali uderzają w ziemię co najmniej raz na dekadę—co oznacza, że być może prawie pół miliarda spadło na naszą planetę w ciągu jej 4,5 miliarda lat historii. Gwiazdy znajdujące się w pobliżu naszej planety powinny w ciągu swojego życia wyrzucać od 0,2 do 20 mas ziemskich takich obiektów—szacują Loeb i Siraj-i w każdej chwili, rzędu miliona, powinny znajdować się gdzieś na orbicie Ziemi wokół Słońca.
takie możliwości niosą głębokie konsekwencje. „Niektóre z tych obiektów mogą potencjalnie przenosić życie między układami planetarnymi”, mówi Loeb, odwołując się do szerokiej teorii znanej jako panspermia (starożytna grecka nazwa „wszystkie nasiona”), która zakłada, że życie zaczęło się w przestrzeni kosmicznej i może łatwo migrować między planetami. W zasadzie, obce drobnoustroje osłonięte w skałach wystrzelonych w kosmos przez gigantyczny wpływ na jakiś świat życia mogą przetrwać międzygwiezdną podróż i ogniste wejście w atmosferę planety. Niektórzy badacze twierdzili, że może to nawet wyjaśniać wczesne pojawienie się życia na Ziemi, co sugeruje zapis kopalny, że nastąpiło z szokującą szybkością ponad cztery miliardy lat temu, praktycznie tak szybko, jak nasza planeta stała się wystarczająco chłodna, aby pomieścić ciekłą wodę. „Jeśli ten meteor jest rzeczywiście międzygwiezdny, pokazuje dowód koncepcji”, mówi Loeb. „Jasne, spalił się, ale większe, rzadsze nie będą. i nie potrzebujemy wpływu co dekadę, aby zasiać wczesną ziemię.”
nawet gdyby meteoryt Loeba i Siraja zdołał dotrzeć do powierzchni Ziemi, jednak inni eksperci w tajemnym temacie panspermii sugerują, że nie przyniosłby on ze sobą niczego żywego. „Bardziej prawdopodobne jest, że obiekt ten nie pochodzi z nadającego się do zamieszkania (znacznie mniej zamieszkałego) ciała, ale jest raczej fragmentem zamrożonego ciała podobnego do komety”, mówi Benjamin Weiss, planetolog i ekspert od meteorytów w Massachusetts Institute of Technology. Bardziej fundamentalnie, Weiss mówi, twierdzenie, że ta konkretna skała kosmiczna była międzygwiezdna, jest problematyczne. „Używany katalog meteorów nie zgłasza niepewności co do prędkości przychodzącej”, zauważa. „Ta niepewność musi zostać określona ilościowo, zanim meteor ten zostanie zaakceptowany jako międzygwiezdny.”
nieznane niepewności
to również pogląd Pawła Chodasa, kierownika katalogu CNEOS w Jet Propulsion Laboratory NASA. „My w CNEOS po prostu publikujemy dane fireball, które są nam zgłaszane; nie mamy informacji na temat niepewności”, mówi.
w marcu tego roku Chodas powiedział, że on i inni pracownicy CNEOS oznaczyli meteor Papua-Nowa Gwinea 2014 jako potencjalnie międzygwiezdny na podstawie własnych obliczeń jego orbity-ale nie opublikowali tego wyniku z powodu obaw o jakość danych. „Dość niezwykłe” i „wysoce spekulatywne” twierdzenie Loeba i Siraja, mówi, „opiera się na zaledwie kilku liczbach, które są prawdopodobnie wysoce niepewne.”(W swoim artykule Loeb i Siraj przytaczają poprzednie prace, w których donoszą, że typowa niepewność katalogu CNEOS dla prędkości meteorytu wielkości metra wynosi mniej niż kilometr na sekundę-co jest nieznacznym przesunięciem w ogromnej zmierzonej prędkości ich kandydata międzygwiezdnej kuli ognia.)
zapytany o niepewność w katalogu cneos fireball, Lindley Johnson, „planetary defense officer” NASA, zauważa, że jego wpisy reprezentują wykorzystanie danych ” w sposób, który nigdy, przenigdy nie był pierwotnie zamierzony.”Chociaż początkowo pomyślany jako prosta lista czasów, lokalizacji i poziomów energii kuli ognia, ponad dekadę temu katalog zaczął również zawierać szacunki prędkości i kierunkowości dla szczególnie bogatych w dane zdarzeń, w nadziei, że naukowcy będą mogli wykorzystać te prognozy do wyśledzenia pól meteorytów z dużych kul ognia, które wystąpiły nad lądem. Wkrótce szczególnie odważni analitycy wykorzystali te prognozy, aby spojrzeć wstecz w czasie, łącząc potencjalne historie orbitalne meteorów, aby połączyć je i wszystkie meteoryty, które wyprodukowali, z pewnymi rodzinami Planetoid. To było „już rozciąganie wiarygodności danych ponad wszystko, co naprawdę naukowo uzasadnione”, mówi Johnson. „Teraz chcesz spekulować w oparciu o tak słabe dane, że niektóre mogą być obiektami międzygwiezdnymi? To naprawdę rozciąga wiarygodność poza punktem przełomowym dla mnie.”
Peter Brown, astronom planetarny i wiodący ekspert od meteorów z kanadyjskiego Uniwersytetu Zachodniego, mówi, że mimo że katalog CNEOS jest średnio bardzo wysokiej jakości, Ważność każdego pojedynczego punktu danych—szczególnie dla mniejszych meteorów—pozostaje wątpliwa. „Statystycznie, myślę, że pochodne orbity katalogu, prędkości i trajektorie są w porządku”, mówi. „Ale po prostu nie wiemy, które z nich są dobre, a które złe.”Co więcej, Brown mówi, że spośród tysięcy małych kul ognia wykrytych wcześniej przez inne, niezależne badania przy użyciu kamer naziemnych i stacji radarowych, żadna z nich nie wykazała wyraźnie hiperbolicznej trajektorii. „Jeśli dziesiąta lub dwudziesta procent populacji była hiperboliczna, jak twierdzą Loeb i Siraj, spodziewałbyś się, że w danych z sieci naziemnych będzie sporo hiperboliki—ale tego nie widzimy.”
mimo to, Brown dodaje: „to fantastyczna rzecz, że inni pochodzą z różnych dyscyplin i stosują własne podejścia do tego bogatego zbioru danych…. Meteoryty międzygwiezdne muszą uderzać w ziemską atmosferę, a kule ognia są naturalnym sposobem ich poszukiwania. Musimy tylko znaleźć je przekonująco, w sposób, który nie może być odrzucony jako niepewność pomiaru.”
to oczywiście część wielkiego planu Loeba i Siraja. Kolejnym krokiem w poszukiwaniu międzygwiezdnych meteorów, jak mówią, jest zapewnienie, że potencjalnie hiperboliczne kule ognia mogą być nie tylko wykrywane, ale także scharakteryzowane. Przy użyciu odpowiedniego sprzętu światło kuli ognistej może zostać podzielone na wielobarwne spektrum, które działa jak „kod kreskowy”, aby ujawnić skład chemiczny obiektu—krytyczną wskazówkę, czy powstał on wokół naszego Słońca.
„co kilka lat powinniśmy mieć jeden z tych hiperbolicznych meteorów” – mówi Loeb. „Jeśli tylko upewnimy się, że obserwatorzy zaznaczają kule ognia z nadmiernymi prędkościami, powinniśmy być w stanie skonfigurować badania spektroskopowe, aby uzyskać widmo każdego z nich, gdy pali się ono w atmosferze i rzeczywiście wykazać pochodzenie poza nasz układ słoneczny. Z pewnością jest to coś, w co warto zainwestować!”