Pačioje liepos pradžioje asteroidų sekimo sistema ATLAS užfiksavo naują greitai judantį šviesuliuką danguje. Po kelių dienų paaiškėjo, jog jis atskrido iš už Saulės sistemos ribų. Tai – trečiasis patvirtintas tarpžvaigždinis objektas, 3I/ATLAS. Jis greičiausiai yra kometa, tuo primena antrąjį (2I/Borisov) ir skiriasi nuo pirmojo (1I/’Oumuamua). Vos trys objektai, aptikti per aštuonerius metus nuo ‘Oumuamua pasirodymo. Kodėl tiek mažai; o gal kaip tik daug? Kodėl jie mums rūpi? Galiausiai, kaip žinome, kad tie objektai tikrai atvyko iš tarpžvaižgdinės erdvės? Kviečiu susipažinti su svetimų planetinių sistemų nuolaužomis.

Šį pažintinį straipsnį parašiau, nes turiu dosnių rėmėjų Contribee platformoje. Ačiū jums! Jei manote, kad mano tekstai verti reguliarios paramos ir norite jų matyti daugiau, galite prie jų prisijungti.

Kaip nustatome, kad objektas tarpžvaigždinis?

Atsakymų paiešką pradėkime nuo paskutinio klausimo. Įrodymas, kad objektas atlėkė iš už Saulės sistemos, susideda iš dviejų žingsnių. Pirmiausia reikia išmatuoti objekto judėjimo trajektoriją, tada – apskaičiuoti trajektorijos savybes ir taip „pratęsti“ ją laike atgal. Trajektorijos matavimui reikia bent kelių nuotraukų, kuriose matytųsi kintanti kūno padėtis danguje bei kintantis (arba kaip tik nekintantis) šviesis. Šviesio pokytis leidžia apskaičiuoti atstumą iki objekto: kuo jis arčiau Saulės ir arčiau mūsų, tuo ryškesnį jį matysime. Žinoma, ryškumas priklauso ir nuo kūno dydžio, bet galime pagrįstai tikėtis, kad per savaitę dydis labai nepasikeičia. Tiesa, gali būti, kad labai netaisyklingos formos kūnas skrieja vartydamasis; tada jo šviesis gali kisti priklausomai nuo to, kuria puse jis pasisukęs į mus. Bet tokie pokyčiai būna reguliarūs, tad į juos galima atsižvelgti. Be to, atstumą galima įvertinti ir kitais būdais: pavyzdžiui, jei objektą vienu metu užfiksuoja kelios observatorijos, galima pasitelkti paralaksą.

Žinodami, kaip keičiasi objekto padėtis dangaus skliaute ir atstumas iki mūsų, nesunkiai galime nustatyti ir jo trajektoriją Saulės atžvilgiu. Tam tereikia atmesti Žemės judėjimo įtaką. Tuomet, žinodami judėjimo greitį, galime gana tiksliai pasakyti, kaip objektas judės ateityje ir kaip judėjo praeityje. Frazę „gana tiksliai“ būtų galima pakeisti į „absoliučiai tiksliai“ arba „vienareikšmiškai“, jei Saulės sistemoje nebūtų jokių kitų objektų, išskyus Saulę, o kūnas būtų visiškai inertiškas taškas, kuriam svarbi tik Saulės trauka, bet ne jos skleidžiama šviesa ir šiluma. Realybėje visi šie veiksniai daro įtakos, bet Saulės trauka visgi dominuoja. Taigi pirmiausia apskaičiuojama, kaip kūnas judėtų, veikiamas tik jos.

Visi Saulės sistemos kūnai aplink Saulę juda elipsės formos orbitomis. Planetų atveju tos elipsės labai artimos apskritimams, asteroidų ir kometų – labiau ištemptos. Objekto judėjimo greitis priklauso nuo atstumo iki Saulės: kuo kūnas arčiau žvaigždės, tuo greičiau juda. Taip pat jis priklauso ir nuo orbitos formos: apskritimine orbita judantis kūnas aplink Saulę juda mažesniu greičiu, nei tokiu pačiu atstumu esantis kūnas, kuris netrukus nutols tolyn nuo žvaigždės. Suprasti šiuos skirtumus gali padėti analogija su motociklais ar dviračiais, kurie važinėja piltuvo formos duobėje. Jei motociklas važiuoja lėtai, jis suksis kažkur duobės dugne. Pagreitėjęs jis pakils aukštyn, tačiau kildamas sulėtės ir pakilęs į trajektorijos viršų judės lėčiau nei motociklas, kuris sugeba tokiame aukštyje išsilaikyti. Kad pasiekęs aukštesnę padėtį galėtų joje išsilaikyti, motociklas turės dar kartą pagreitėti. O jei pagreitės per daug, išlėks iš duobės visiškai.

Tas pat galioja ir Saulės sistemoje: įgijęs pakankamą greitį, kūnas gali visiškai pabėgti nuo Saulės, nes žvaigždės traukos nebeužtenka jam išlaikyti. Pabėgimui reikalingas greitis visada yra , arba maždaug 1,41 karto didesnis už apskritiminio judėjimo. Žemė juda maždaug 30 km/s greičiu aplink Saulę; jei judėtų daugiau nei 42 km/s – pabėgtų. Jupiteriui šie greičiai yra atitinkamai 13,7 ir 19,3 km/s. Neptūnui – dar mažiau. Tokie patys skaičiai gaunami ir mąstant iš priešingos pusės: jei padedame kūną toli nuo Saulės ir leidžiame jam kristi žvaigždės link, jo greitis didės, bet visada bus lygus pabėgimo greičiui.

Taigi jei randame kūną, kuris Saulės sistemoje juda reikšmingai didesniu greičiu, nei reikia pabėgimui, galime padaryti dvi išvadas. Pirmoji: kūnas greičiausiai atlėkė iš už Saulės sistemos ribų. Priešingu atveju jis nebūtų pasiekęs tokio didelio greičio, nebent yra sprogimo ar katastrofiško susidūrimo skeveldra. Tokį sprogimą ar susidūrimą turėtume pamatyti, taigi atmesti šį paaiškinimą nesunku. Antroji išvada: kūnas pralėks pro Saulės sistemą ir išlėks lauk iš jos, nebent pakeliui į ką nors atsitrenks. Tai gali būti Saulė, kuri nors planetą ar mažesnis kūnas.

Kiek jų yra?

Pirmasis tarpžvaigždinis objektas aptiktas prieš aštuonerius metus, antrasis – dvejais metais vėliau, trečiasis – šiemet. Daug tai ar mažai? Užbėgdamas už akių pasakysiu, kad atsakymo kol kas neturime. Kol kas visiškai neaišku, kiek tokių objektų turėtų būti iš viso, nes nežinome, kaip jie atsiranda (apie tai – žemiau). Taigi šis skaičius – išreiškiamas, pavyzdžiui, kaip vidutinė tam tikro dydžio objektų koncentracija tarpžvaigždinėje erdvėje – kol kas yra laisvas parametras. Taigi skaitydami tokius teiginius, kaip „Saulės sistemoje turėtų būti tūkstančiai pagautų tarpžvaigždinių objektų“ ar „Saulės sistemoje šiuo metu yra milijonas objektų, atkeliavusių iš Kentauro Alfos sistemos“, turime nepamiršti šio fundamentalaus nežinomojo.

Vieną dalyką apie tarpžvaigždinių objektų kiekį galime pasakyti užtikrintai: jų Saulės sistemoje tikrai yra daug daugiau, nei esame aptikę. Priežasčių taip teigti yra dvi. Pirmoji – šių objektų dydžiai turėtų būti labai įvairūs. ‘Oumuamua dydis siekia kelis šimtus metrų, galbūt kilometrą, Borisov – panašiai. Atlaso dydis kol kas išmatuotas daug mažiau patikimai; maksimali vertė gali būti apie 10 kilometrų, nors greičiausiai jis daug mažesnis, galbūt irgi panašus į pirmus du. Saulės sistemoje tokių asteroidų turėtų būti keli milijonai, sistemos pakraščiuose kometų skrajoja dar daugiau. O štai mažesnių objektų, kuriuos vis dar vadiname asteroidais, gali būti šimtai milijonų ar milijardai. Tikėtina, kad tarpžvaigždinių objektų, mažesnių už atrastuosius, irgi yra šimtus kartų daugiau. Be to, visi trys objektai atrasti palyginus netoli Saulės: ‘Oumuamua buvo arčiau Žemės, nei Saulė ar bet kuri planeta, Borisov – maždaug tarp Marso ir Jupiterio orbitų, Atlasas – netoli Jupiterio orbitos. Saulės sistema tęsiasi bent 20 kartų toliau, nei Jupiterio orbita, o įskaitant Oorto debesį – tūkstančius kartų toliau. Tūris, atitinkamai, gaunasi nuo kelių tūkstančių iki kelių milijardų kartų didesnis. Taigi net ir šimtų metrų ar kilometrų dydžio tarpžvaigždinių objektų Saulės sistemoje gali būti milijardai. Tiesiog beveik visi lekia taip toli nuo Saulės, kad šiandieniniais prietaisais aptikti neįmanoma.

Bet bus įmanoma aptikti netolimoje ateityje. Veros Rubin observatorija jau rudenį pradės pagrindinę savo tyrimų programą – milžinišką dangaus apžvalgą Legacy Survey of Space and Time. Jos metu kasnakt bus daromos pietinio dangaus nuotraukos, aprėpiant visą dangų per maždaug tris-keturias naktis, ir taip 10 metų be atvangos. Tokiose nuotraukose bus galima pamatyti įvairiausius greitai kintančius reiškinius – nuo supernovų sprogimų ar panašių kosminių žybsnių iki judančių kūnų Saulės sistemoje. Tarp pastarųjų greičiausiai bus ir tarpžvaigždinių objektų. Kol kas negalime pasakyti, kiek jų atrasime. Skirtingų mokslininkų vertinimai svyruoja nuo pusantro iki daugiau nei 70 objektų per metus. Net jei jų kasmet rastume tik po keletą, tai būtų reikšminga: žinodami ne tris, o 10-20 objektų, galėsime daryti nepalyginamai patikimesnius vertinimus apie jų kiekį, dydžius ir savybes.

Tokie vertinimai padės suprasti ir šių objektų prigimtį. Apie ‘Oumuamua kilmę straipsnių prirašyta ne viena dešimtis, tiek pat ir iškeltų hipotezių, nuo Plutono dydžio objektų potvyninio suardymo skrendant šalia žvaigždės iki nežemiškos civilizacijos tyrimų zondo. Modeliais stengiamasi paaiškinti objekto greitį, formą, netikėtą pagreitėjimą skrendant arčiausiai Saulės ir kitas savybes. Turint tik vieną pavyzdį, praktiškai neįmanoma pasakyti, kuris iš modelių yra teisingiausias. Kiekvienas naujas atradimas padės apriboti modelių aibę, kol galiausiai liks tik vienas ar keli sėkmingiausi. Galbūt tarp jų nebus nei vieno dabartinio. Tada modeliai leis pasakyti daug ką apie kiekvieną naujai atrastą objektą. Galėsime apibūdinti žvaigždinę sistemą, iš kurios jis atskrido; gal netgi kurioje jos dalyje jis susiformavo bei kokiu būdu įgijo greitį, pakankamą pabėgti į tarpžvaigždinius tolius.

Ar galime juos pasiekti?

Kol kas tarpžvaigždinius objektus stebime pro teleskopus – tiek nuo Žemės paviršiaus, tiek iš orbitos. Tai suteikia nemažai informacijos, bet galima gauti ir daugiau. Tam reikėtų nuskristi iki pralekiančio objekto ir apžiūrėti jį iš arti, o dar geriau – paimti mėginių. Pagrindiniai iššūkiai tokiai misijai kyla du: greitis ir trukmė. Šiuo metu greičiausias žmonių sukurtas objektas yra Parker Saulės zondas, kuris pernai skriejo beveik 200 km/s greičiu. Bet jis tą darė lėkdamas pro pat Saulę, pagreitėjęs būtent dėl žvaigždės traukos. Išvystyti greitį, reikalingą pabėgti iš Saulės sistemos, kol kas pavyko tik penkis kartus: tą padarė Pioneer 10 ir 11, Voyager 1 i 2 bei New Horizons zondai. Į tarpžvaigždinį objektą keliaujantis zondas turėtų išvystyti dar didesnį greitį, kad pasiektų tikslą. Jei norime pargabenti mėginių, zondas vėliau turėtų ir sulėtėti, kad grįžtų į Žemę ar bent jau sulauktų, kas jį pargabentų.

Misijos trukmė aktuali tuo, kad tarpžvaigždinis objektas per Saulės sistemą, bent jau vidinę jos dalį, pralekia labai greitai. 3I/Atlas artimiausią Saulei orbitos tašką pasieks gruodžio mėnesį, o dar po pusmečio nutols nuo Saulės panašiai tiek, kiek Jupiteris. Taigi norėdami pasiekti tarpžvaigždinį svečią, misiją turėtume paleisti per ne ilgiau nei kelis mėnesius nuo taikinio radimo. Įprastai misijos pasiūlomos dešimtmečius iki įgyvendinimo; net ir po oficialaus patvirtinimo pakilimo tenka laukti apie 10 metų. Suprasdama šią problemą, šiuo metu Europos kosmoso agentūra ruošia zondą Comet Interceptor. 2029 metais jis pakils į kosmosą ir lauks pasirodant kokios nors kometos arba tarpžvaigždinio objekto, kurį galėtų aplankyti ir apžiūėti kuo greičiau. Ilgo periodo kometa įvardijama kaip pagrindinis misijos tikslas, bet neabejoju, kad aptikus artėjantį tarpžvaižgdinį objektą zondas bus nukreiptas jo link.

Kam to reikia?

Daug rašiau apie tai, kaip tarpžvaigždiniai objektai aptinkami ir kaip juos ištirti kuo detaliau. Bet kam to apskritai reikia? Juk asteroidų ir kometų pilna ir Saulės sistemoje. Svarba slypi tame, kad „vietiniai“ objektai, visą gyvenimą praleidę Saulės sistemoje, mums tik apie ją ir gali papasakoti. Egzoplanetų ir protoplanetinių diskų įvairovė rodo, kad kiekviena planetinė sistema yra savita. Greičiausiai šie skirtumai apima ir uolinių kūnų mineralinę sudėtį, cheminės sudėties variacijas skirtingu atstumu nuo žvaigždės, magnetinio lauko konfigūraciją ir įvairiausias kitas savybes. Teleskopų renkami duomenys suteikia toli gražu nepilną vaizdą. Nuskristi iki kitų planetinių sistemų greičiausiai per mūsų gyvenimus nepavyks (nebent Breakthrough Starshot įveiks visus techninius iššūkius). Taigi geriausias būdas sužinoti apie jas kažką daugiau – iš arti apžiūrėti pas mus atklydusias jų nuolaužas, o gal net parskraidinti dalelę jų namo, tyrimams Žemės laboratorijose.

Laiqualasse