Астрономы обнаружили два известных межзвездных объекта (ISO): Оумуамуа и 21/Борисов. Но через Солнечную систему в любое время могут проходить тысячи таких объектов. Согласно новой статье, будущий телескоп Веры Рубин станет фантастическим охотником за межзвездными объектами и, возможно, сможет обнаруживать до 70 объектов в год, приходящих из других звездных систем.
Обсерватория Рубин — наземный телескоп, расположенный высоко в чилийских Андах. Ожидается, что он увидит первый свет где-то в 2025 году, и этот срок уже несколько раз переносился. 8,4-метровый обзорный телескоп Симони обсерватории будет делать снимки неба с помощью цифровой камеры с самым высоким разрешением в мире — 3200-мегапиксельной камеры, которая включает в себя самый большой в мире объектив типа «рыбий глаз». Камера размером примерно с небольшой автомобиль и весит почти 2800 кг (6200 фунтов). Этот обзорный телескоп быстро движется и сможет сканировать все видимое небо в южном полушарии каждые несколько ночей.
Одним из основных проектов обсерватории «Рубин» является «Наследие обзора пространства и времени» (LSST), который, как ожидается, продлится не менее 10 лет. Исследователи ожидают, что этот проект соберет данные о более чем 5 миллионах объектов пояса астероидов, 300 000 троянов Юпитера, 100 000 околоземных объектов и более чем 40 000 объектов пояса Койпера. Поскольку Рубин сможет составлять карты видимого ночного неба каждые несколько дней, многие из этих объектов будут наблюдаться сотни раз.
Благодаря повторным наблюдениям телескопа будет получено огромное количество данных для расчета положений и орбит всех этих объектов. Ожидается, что со всеми этими данными и картами Рубин сможет обнаруживать слабые межзвездные объекты – и эти быстрые ISO могут даже выделиться среди всех других объектов. По сути, LSST сможет снимать замедленную съемку межзвездных объектов во время их быстрых путешествий через нашу Солнечную систему.
От разных астрономов поступали различные оценки и прогнозы относительно того, сколько межзвездных объектов Рубин сможет обнаружить. По одной оценке, пять в год, по другой — 7, еще по 21.
В новом препринте, опубликованном на arXiv, предполагается, что LSST сможет находить до 70 межзвездных объектов каждый год. «Годовая скорость, с которой LSST должна обнаруживать межзвездные объекты, подобные Оумуамуа, колеблется примерно от 0 до 70 обнаруженных объектов в год», — пишут астрономы Душан Марсета и Дэррил З. Селигман.
Чтобы получить это число, они применили недавно разработанный инструмент под названием алгоритм «Объект в поле» (OIF).
«Он служит генератором наблюдений, который имитирует реальную кампанию LSST», — рассказал Марсета Universe Today по электронной почте, — «предоставляя время и координаты для каждого поля зрения LSST (FOV) и время экспозиции. Это также позволяет включать произвольную популяцию движущихся объектов Солнечной системы, таких как астероиды или кометы. Затем он распространяет их движение, определяет их положение в небе и обнаруживает, появляются ли некоторые из них в упомянутых углах обзора».
Марсета, профессор Белградского университета и ведущий автор новой статьи, рассказал, что они разработали метод создания популяции межзвездных астероидов и использовали OIF для оценки того, сколько из этих объектов может быть обнаружено LSST в различных условиях.
«Учитывая неограниченный характер популяции межзвездных объектов, мы рассмотрели широкий спектр возможностей для критических параметров», — сказал он. «Это включало распределение размеров, диапазон альбедо и их предполагаемые движения в межзвездном пространстве. Учитывая все эти факторы, мы вышли на диапазон от 0 до 70 объектов в год».
Это предполагает, что по крайней мере такое количество межзвездных объектов действительно существует. Марсета сказал, что они предположили плотность числа 0,1 объекта на кубическую астрономическую единицу, значение, подразумеваемое обнаружением Оумуамуа, «которое остается весьма неопределенным, подобно другим параметрам, связанным с этой популяцией», сказал он.
Однако из-за того, что ISO движутся так быстро, их может быть сложнее обнаружить обсерваторией Рубин из-за эффекта, называемого «следящая потеря».
«Это эффект, который возникает, когда быстро движущийся объект находится в поле зрения телескопа», — объяснил Марсета. «Чтобы возбудить пиксель на ПЗС-матрице, на него должно попасть определенное количество фотонов за время экспозиции (которое в нашем моделировании составляет 15 секунд). Для неподвижных объектов, таких как звезды, все фотоны за время экспозиции попадают в одну и ту же область ПЗС-матрицы. Однако для объекта, который меняет свое положение во время экспозиции, фотоны при движении попадают в разные пиксели».
Марсета сказал, что даже если общего количества фотонов может быть достаточно для возбуждения пикселя, если они распределены по большому количеству пикселей, возможно, что ни один из пикселей не получит достаточно фотонов, чтобы превысить фоновый шум.
Хотя обнаружение следов на изображениях LSST может облегчить объединение объектов в орбиты, что может привести к открытию нового ISO, потеря следа сама по себе является препятствием. Это уменьшает яркость объекта и может снизить его ниже предела обнаружения.
«Чем быстрее движется объект, тем большее количество пикселей получают фотоны, что делает потерю следа более заметной», — сказал он. «Наше моделирование показывает, что межзвездные объекты могут появляться в поле зрения телескопа со скоростями, значительно превышающими скорости самых быстрых популяций Солнечной системы, что делает этот вопрос особенно важным».
Но, конечно, это головоломка типа курицы и яйца. Поскольку размер выборки составляет всего два человека, ученые теперь могут лишь делать приблизительные прогнозы о том, сколько межзвездных объектов обнаружит Рубин. Как только будет возможность подсчитать и проанализировать большую выборку межзвездных объектов, астрономы получат гораздо лучшее представление о популяции этих объектов… что, скорее всего, произойдет только после того, как обсерватория Рубин заработает.
Но Марсета и Селигман надеются, что «Рубин» и ЛССТ все изменят.
«Вполне возможно, что плотность объектов, подобных Оумуамуа, выше, чем оценивается в настоящее время, из-за большой доли межзвездных объектов, которые в настоящее время не обнаруживаются из-за потерь и быстрых движений в небе», — пишут они.
Чем больше мы сможем найти, тем лучше, потому что некоторые из них будут находиться на идеальной траектории для миссии межзвездного перехватчика. Изучение подробностей об объектах из других солнечных систем может фундаментально изменить наш взгляд на Вселенную и наше место в ней.
