Преди 70 000 години чифт кафяви джуджета, известни като звездата на Шолц, разположени точно на върха на синтеза на водород в техните ядра, преминаха през облака на Оорт на Слънчевата система. За разлика от звездите на тази илюстрация, те не бяха видими за човешкото око.
Свикнали сме да мислим за нашата слънчева система като за стабилно, спокойно място. Разбира се, от време на време научаваме, че планетите и другите небесни тела са ритали някаква комета или астероид, но в по-голямата си част всичко остава постоянно. Дори рядък междузвезден посетител не носи голям риск, поне не за целостта на свят като нашия. Но цялата ни Слънчева система орбитира през галактиката, което означава, че има стотици милиарди шансове за тясно взаимодействие с друга звезда. Колко често това се случва всъщност и какви са потенциалните последици от това? Нашият читател задава въпрос:
Възможностите варират от рутинни инциденти, при които няколко обекта в облака на Оорт излизат от пътя си до катастрофални сблъсъци с планета или нейното изхвърляне от системата. Нека видим какво всъщност се случва.
Карта на плътността на Млечния път и околното небе, която ясно показва Млечния път, Големият и Малък Магеланови облаци и ако погледнете отблизо, NGC 104 вляво от Малкия облак, NGC 6205 малко над и вляво от галактическото ядро, и NGC 7078 малко по-долу. Общо Млечният път съдържа около 200 милиарда звезди.
Най-добрата ни оценка е, че Млечният път съдържа 200 милиарда до 400 милиарда звезди. И въпреки че звездите идват в много различни размери и маси, повечето от тях (3 от всеки 4) са червени джуджета: от 8% до 40% от масата на Слънцето. Размерът на тези звезди е по-малък от слънцето: средно около 25% от диаметъра на Слънцето. Също така познаваме приблизително размера на Млечния път: това е диск с дебелина около 2000 светлинни години и диаметър 100 000 светлинни години, с централна издутина с радиус от 5000 до 800 000 светлинни години.
И накрая, по отношение на Слънцето, типична звезда се движи със скорост 20 км / сек: около 1/10 от скоростта, с която Слънцето (и всички звезди) обикаля около Млечния път.
Въпреки че Слънцето се движи в равнината на Млечния път на разстояние от 25 000 до 27 000 светлинни години от центъра, посоките на орбитите на планетите на Слънчевата система не са изравнени с равнината на галактиката.
Това е статистиката за звездите в нашата Галактика. Има много детайли, нюанси и трикове, които ще пренебрегнем - като например промяната в плътността в зависимост от това дали сме в спиралното рамо или не; фактът, че повече звезди са разположени по-близо до центъра, отколкото по-близо до ръба (а нашето Слънце е на половината от ръба); наклона на орбитите на Слънчевата система спрямо галактическия диск; малки промени, в зависимост от това дали сме в средата на галактическата равнина или не … Но можем да ги игнорираме, защото само с помощта на горните количества ни позволява да изчислим колко често звездите на Галактиката влизат на определено разстояние до нашето Слънце и следователно колко често могат да се очакват близки срещи или различни сблъсъци.
Промоционално видео:
Разстоянията между Слънцето и много от близките звезди са точни, но всяка звезда - дори и най-голямата от тях - би била по-малка от една милионна част от пиксела в диаметър.
Изчисляваме тази стойност много просто - изчисляваме плътността на звездите, интересното ни напречно сечение (определено от това колко близо искате звездата да стигне до нашата) и скоростта, с която звездите се движат една спрямо друга, и след това умножаваме всичко това до вземете броя на сблъсъците за единица време. Този метод за броене на броя на сблъсъците е подходящ за всичко - от физиката на частиците до физиката на кондензираната материя (за експертите това е по същество моделът на Друде) и също толкова приложим за астрофизиката. Ако приемем, че в Млечния път има 200 милиарда звезди, че звездите са равномерно разпределени по диска (игнорирайки издутината) и че звездите се движат относително една към друга със скорост 20 км / сек, тогава, като начертаем зависимостта на броя на взаимодействията от разстоянието до Слънцето, получаваме следното:
Графика, показваща колко често звездите в Млечния път ще изминат определено разстояние от Слънцето. Графиката е логаритмична и на двете оси, y-оста е разстоянието, а x-ос - типично очакване на това събитие след години.
Той казва, че средно за цялата история на Вселената може да се очаква, че най-близкото разстояние, до което друга звезда се приближава до Слънцето, ще бъде 500 AU, или около десет пъти по-голямо от разстоянието от Слънцето до Плутон. Той също така предполага, че веднъж на всеки милиард години може да се очаква звезда да се приближи до нас на разстояние от 1500 AU, което е близо до ръба на разпръснатия пояс на Койпер. И по-често, приблизително веднъж на 300 000 години, звезда ще премине на разстояние от порядъка на светлинна година от нас.
Логаритмичното представяне на Слънчевата система, простиращо се до най-близките звезди, показва докъде се простират пояса на Койпер и облаците на Оорт.
Това определено е добре за дългосрочната стабилност на планетите в нашата Слънчева система. От това следва, че за 4,5 милиарда години съществуване на нашата Слънчева система, шансовете звезда да се приближи до някоя от нашите планети на разстояние, равно на разстоянието от Слънцето до Плутон, са около 1 на 10 000; шансовете дадена звезда да се приближи до Слънцето на разстояние, равно на разстоянието от Слънцето до Земята (което значително би нарушило орбитата и би довело до изхвърляне от системата) е по-малко от 1 на 1 000 000 000. Това означава, че вероятността да мине покрай поредната ни звезда от галактиката, която може да ни причини сериозно неудобство, е ужасно ниска. Няма да загубим в космическата лотария - много е малко вероятно, тъй като все още нищо не се е случило, в обозримо бъдеще ще се случи нещо.
Орбитите на вътрешната и външната планета се подчиняват на законите на Кеплер. Шансовете звездата да премине на малко разстояние от нас и дори на разстояние, сравнимо с разстоянието до Плутон, са изключително малки.
Но случаите с преминаването на звезда през облака на Оорт (разположен на 1.9 светлинни години от Слънцето), в резултат на което орбитите на огромен брой ледени тела са били прекъснати, през това време е трябвало да се натрупат около 40 000. С такова преминаване на звезда през Слънчевата система се случват много интересни неща., тъй като тук се сближават два фактора:
Оортовите облачни обекти са много слабо свързани със Слънчевата система, така че дори много малък гравитационен тласък може значително да промени орбитата им.
Звездите са много масивни, така че дори и дадена звезда да пътува на разстояние от обект, равен на разстоянието от нея до Слънцето, тя може да го рита достатъчно силно, за да се промени орбитата му.
От това следва, че всеки път, когато се приближим до минаваща звезда, рискът се увеличава, че, да речем, няколко милиона години след това, можем да се сблъскаме с обект от облака на Оорт.
Коланът на Койпер съдържа най-голям брой обекти в Слънчевата система, но по-далечният и по-слаб облак на Оорт не само съдържа повече обекти - той е и по-податлив на смущения от преминаваща маса, като друга звезда. Всички обекти на Койпер и облак на Оорт се движат с изключително ниска скорост спрямо Слънцето.
С други думи, няма да видим резултатите от въздействието на преминаваща звезда върху ледени кометовидни тела, които, вероятно, ще попаднат в Слънчевата система, докато около 20 последователни звезди не са преминали достатъчно близо до нашата! Това е проблем, тъй като последната звездна система - звездата на Шолц (минала преди 70 000 години) вече е на 20 светлинни години. От този анализ обаче може да се направи оптимистичен извод: колкото по-добра е нашата карта от звезди и техните движения, намиращи се на 500 светлинни години от нас, толкова по-добре можем да предвидим къде и кога ще се появят неконтролираните обекти на облака на Оорт. И ако сме загрижени за защитата на планетата от обекти, хвърлени в нашата система от преминаващи звезди, тогава придобиването на такива знания е очевидната следваща стъпка.
WISEPC J045853.90 + 643451.9, зелената точка е първото ултра студено кафяво джудже, открито от Wide-Infrared Survey Explorer или WISE (Wide-Infrared Survey Explorer). Тази звезда се намира на 20 светлинни години от нас. За да проучите цялото небе и да намерите всички звезди, които биха могли да преминат близо до Слънцето и да донесат бури на Оортовия облак, щеше да погледне 500 светлинни години.
Това ще изисква изграждане на широкоъгълни телескопи, способни да виждат слаби звезди на големи разстояния. Мисията WISE се превърна в прототип на подобна техника, но разстоянието, на което е в състояние да види най-слабите звезди, тоест звездите от най-често срещания тип, е силно ограничено от своите размери и време за наблюдение. Инфрачервен космически телескоп, който наблюдава цялото небе, би могъл да маркира заобикалящата ни среда, да ни разкаже за това, което може да стигне до нас, колко време отнема, от какви посоки и кои звезди са предизвикали смущения сред обектите на облака на Оорт. Гравитационните взаимодействия се случват постоянно, дори въпреки огромните разстояния между звездите в космоса; облакът на Оорт е огромен и имаме много дълго време обекти оттам да прелитат покрай нас и по някакъв начин да ни влияят. Всичко ще се случи за достатъчно дълго времекакво можете да си представите.
Александър Колесник
