Međuzvjezdani objekti poput kometa 3I/ATLAS najvjerojatnije ulaze u Sunčev sustav iz tek dvaju povlaštenih smjerova, pokazuje novo istraživanje. Iako još ne znamo koliko ih je u ukupnosti, novi znanstveni rad donosi prvu ozbiljnu procjenu iz kojih bi smjerova najčešće stizala međuzvjezdana tijela koja bi mogla završiti sudarom sa Zemljom, u koje doba godine bi bila najčešća i koja su područja našeg planeta nešto izloženija.
Znamo za samo tri međuzvjezdana objekta (ISO, od engl. interstellar object) koja su prošla kroz unutarnji dio Sunčeva sustava. Prvi je bio ‘Oumuamua, otkriven 2017. Potom je 2019. zabilježen 2I/Borisov, prvi potvrđeni međuzvjezdani komet. Danas u unutarnjem dijelu Sunčeva sustava promatramo komet 3I/ATLAS, treći poznati predstavnik te rijetke populacije.
Pretpostavlja se, međutim, da je tijekom 4,6 milijardi godina povijesti Sunčeva sustava kroz njega prošao jako veliki broj međuzvjezdanih tijela. Neka su se vjerojatno kroz povijest sudarila sa Zemljom. Moguće je da su barem neki od drevnih udarnih kratera čiji su tragovi i danas vidljivi, poput strukture udara Vredefort u Južnoj Africi, posljedica takvih susreta.
Današnji Sunčev sustav mnogo je mirniji nego u ranim fazama, kada su planeti i manja tijela nastajali kroz niz kaotičnih sudara. S vremenom je većina stjenovitog materijala završila u Zemlji i drugim terestričkim planetima, pa danas ima manje krupnih tijela i manje sudara. No to ne vrijedi za međuzvjezdane objekte. Nema razloga pretpostaviti da ih sada ulazi išta manje nego u prošlosti, zbog čega i danas predstavljaju stvaran, premda teško mjerljiv rizik.
Kako kvantificirati takav rizik, ako ne znamo koliko objekata uopće postoji?
Simulirani udari međuzvjezdanih tijela na Zemlju
U novom znanstvenom radu tim istraživača pokušava upravo to: odrediti kako bi trebala izgledati prostorna i brzinska raspodjela međuzvjezdanih tijela koja završavaju udarom u Zemlju. Glavni autor je Darryl Seligman, izvanredni profesor na Odsjeku za fiziku i astronomiju Sveučilišta Michigan State.
“U ovom radu izračunavamo očekivane orbitalne elemente, radijante i brzine međuzvjezdanih objekata koji bi mogli udariti u Zemlju”, pišu autori. Drugim riječima, bave se očekivanim parametrima putanja, prividnim smjerovima dolaska na nebu i brzinama tijela koja mogu presijecati Zemljinu orbitu. Namjerno se ne bave njihovim apsolutnim brojem, jer trenutačno ne postoje čvrsta opažačka ograničenja koja bi takvu procjenu učinila pouzdanom. Fokus rada je na raspodjeli, a ne na učestalosti.
Polazišna točka istraživanja je kinematika zvijezda tipa M. Riječ je o crvenim patuljcima, daleko najbrojnijoj klasi zvijezda u Mliječnoj stazi. Sam broj takvih sustava upućuje na to da bi većina međuzvjezdanih tijela mogla nastajati i potom biti izbačena upravo iz planetarnih sustava oko zvijezda tipa M. Autori pritom otvoreno naglašavaju da je riječ o modelu, a ne o izravno izmjerenoj činjenici. “Ovaj je odabir u neku ruku proizvoljan, jer je kinematika međuzvjezdanih objekata u biti nepoznata”, objašnjavaju u radu.
Kako bi ispitali posljedice takve pretpostavke, istraživači su proveli niz numeričkih simulacija. “Generiramo sintetičku populaciju od približno 10^10 međuzvjezdanih objekata s kinematikom zvijezda tipa M kako bismo dobili oko 10^4 objekata koji završavaju udarom u Zemlju”, pišu Seligman i suradnici. Drugim riječima, u računalnom modelu konstruirali su deset milijardi virtualnih međuzvjezdanih tijela koja slijede tipična gibanja zvijezda tipa M, kako bi među njima dobili oko deset tisuća slučajeva u kojima bi takvi objekti, u tim uvjetima, završili sudarom sa Zemljom.
Rezultati pokazuju da su takva potencijalno opasna tijela dvostruko vjerojatnije usmjerena iz dvaju specifičnih smjerova: iz smjera tzv. sunčevog apexa i iz ravnine galaktičkog diska.
Sunčev apex je smjer kretanja Sunca u odnosu na njegovo neposredno zvjezdano okruženje, odnosno smjer u kojem se Sunčev sustav kreće kroz Mliječnu stazu. Kako se cijeli sustav giba u tom pravcu, veća je vjerojatnost da će međuzvjezdani objekti koji nailaze iz istog smjera doći u konfiguraciju pogodnu za sudar. Autori to objašnjavaju usporedbom s automobilom koji nailazi na više kapljica kiše iz smjera vožnje nego sa stražnje strane.
Druga preferirana regija je galaktička ravnina, plosnati disk unutar kojeg se nalazi većina zvijezda Mliječne staze. Budući da se i većina potencijalnih matičnih sustava međuzvjezdanih tijela nalazi upravo u toj ravnini, veća je vjerojatnost da će i objekti izbačeni iz tih sustava dolaziti iz tog pojasa. Tijela koja se približavaju iz smjera ispred gibanja Zemlje i Sunca imaju i veću vjerojatnost sudara, jer im je geometrijska presječna površina za sudar s našim planetom nešto veća.
Simulacije također pokazuju da međuzvjezdani objekti koji dolaze iz smjera solarnog apeksa i galaktičke ravnine u pravilu imaju veće brzine. No paradoksalno, oni koji na kraju mogu završiti sudarom sa Zemljom u prosjeku su sporiji. Razlog je u tome što među takvim potencijalno opasnim objektima dominiraju hiperblična tijela relativno male ekscentricnosti. Na takve putanje Sunčeva gravitacija djeluje učinkovitije, pa sporija tijela češće bivaju gravitacijski usporena i preusmjerena na putanje koje sijeku Zemljinu orbitu.
Gdje i kada je rizik najveći
Sezonske promjene položaja Zemlje na njezinoj orbiti također se pokazuju važnima. Prema simulacijama, međuzvjezdani objekti s najvećim brzinama udara češće bi stizali u proljeće, kada se Zemlja giba prema sunčevom apeksu, smjeru iz kojeg dolazi najveći broj tih tijela. Zimi je, međutim, nešto veći ukupni broj potencijalno opasnih objekata, jer je tada Zemlja okrenuta u suprotnom smjeru, nasuprot sunčevom apeksu, odnosno u smjeru Sunčeva gibanja “unatrag” kroz galaksiju.
Kada je riječ o zemljopisnoj raspodjeli rizika na Zemlji, model pokazuje da su nešto izloženija područja u niskim geografskim širinama, oko ekvatora. Uz to, blago je povišen rizik udara na sjevernoj polutci, gdje danas živi gotovo 90 posto svjetskog stanovništva. Razlika nije velika, ali se u statistici jasno vidi.
Autori naglašavaju da su sve ove raspodjele izračunate pod pretpostavkom da međuzvjezdani objekti slijede kinematiku zvijezda tipa M. “Ove raspodjele vrijede samo za međuzvjezdane objekte koji imaju kinematiku zvijezda tipa M. Drugačije pretpostavljeni obrasci gibanja promijenili bi raspodjele prikazane u ovom radu”, upozoravaju. Ipak, smatraju da će neke ključne značajke ostati slične i u drugim scenarijima. “Glavne značajke sažete u ovom poglavlju vjerojatno se primjenjuju i na drugačiju kinematiku, možda s blažim ili još izraženijim ukupnim učinkom”, pišu istraživači.
Važno je i da rad uopće ne pokušava odrediti stvarnu stopu udara međuzvjezdanih tijela na Zemlju. Ukupni broj takvih objekata u galaksiji i njihov tok kroz Sunčev sustav i dalje su praktički nepoznati. “U ovom radu namjerno ne dajemo konačne procjene o učestalosti međuzvjezdanih udarača na Zemlju”, navode autori u zaključku.
Umjesto toga, cilj je bio pružiti teorijski okvir koji se može provjeravati budućim promatranjima. Posebno važnu ulogu u tome imat će Opservatorij Vera Rubin i njegov Legacy Survey of Space and Time (LSST), opsežno snimanje neba koje bi tijekom idućih godina trebalo otkriti velik broj malih tijela u Sunčevu sustavu, uključujući i nove međuzvjezdane posjetitelje.
Kako autori ističu, rezultati njihova rada daju astronomima početnu sliku o tome iz kojih smjerova bi teleskopi poput VRO-a trebali najčešće otkrivati potencijalno opasna međuzvjezdana tijela, u kojim razdobljima godine ih je najviše očekivati i koje su regije Zemlje statistički nešto izloženije. Tek kada LSST i drugi veliki projekti počnu sustavno prikupljati stvarne podatke o tim objektima, bit će moguće procijeniti koliko se ova simulirana slika zaista poklapa sa stvarnom međuzvjezdanom populacijom koja prolazi kroz naš Sunčev sustav.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
