Первый межзвездный объект в Солнечной Системе
Оригинал взят у za_neptunie в Первый межзвездный объект в Солнечной Системе
В этом обзоре я решил привести известные на сегодня сведения по теме первого открытого межзвездного объекта в Солнечной системе (ранее регистрировались лишь гиперболические метеоры в земной атмосфере, а так же межзвездные пылинки с помощью межпланетных станций). За прошедшие пять дней после того как мир узнал об важном астрономическом открытии отпало большинство сомнений в том, что А/2017 U1 действительно движется по гиперболической траектории. Кроме того были получены снимки межзвездного гостя с использованием крупнейших телескопов мира, а так же его первые спектры.
Действительно ли А/2017 U1 движется по гиперболической траектории?
Как известно, эксцентриситет гиперболической траектории превышает 1. До сегодняшнего времени рекорд принадлежал комете C/1980_E1 (Bowell) с e=1.057, которая первоначально была околосолнечной кометой, но после близкого пролета Юпитера в 34 миллионах километров покинула Солнечную Систему. Эксцентриситеты орбит других кандидатов в гиперболические объекты не превышают 1.03:
До настоящего времени ни для одного из известных объектов скорость приближения к Солнечной Системе не превышала третью космическую скорость:
Через несколько часов после публикации открытия объекта возникли сомнения в том, что А/2017 U1 действительно движется по гиперболической траектории. Сомнения заключались в том, что если из анализа удалить измерения с наибольшей погрешностью, которые сделаны с помощью 0.5-метрового телескопа в австралийской обсерватории, то эксцентриситет траектории А/2017 U1 падает до e=0.932±0.023. Однако с другой стороны в этом случае средняя разница между наблюдаемыми и прогнозируемыми измерениями возрастала во много раз и достигала нескольких угловых секунд.
По мере роста количества измерений и длины наблюдаемой дуги А/2017 U1 сомнения в гиперболической траектории улетучивались. К настоящему времени Центр малых планет опубликовал шесть циркуляров по А/2017 U1, и эксцентриситет в них только увеличивается:
1) MPEC 2017-U181 от 25 октября: e=1.1897018 на основе 34 наблюдений от 18-24 октября (среднее расхождение 0.5”).
2) MPEC 2017-U183 от 25 октября: e=1.1897018 на основе 34 наблюдений от 18-24 октября (среднее расхождение 0.5”).
3) MPEC 2017-U185 от 26 октября: e=1.1937160 на основе 47 наблюдений от 14-25 октября (среднее расхождение 0.5”).
4) MPEC 2017-U234 от 27 октября: e=1.1978499 на основе 68 наблюдений от 14-26 октября (среднее расхождение 0.5”).
5) MPEC 2017-U263 от 29 октября: e=1.1974441 на основе 85 наблюдений от 14-28 октября (среднее расхождение 0.5”).
6) MPEC 2017-U265 от 29 октября: e=1.1973200 на основе 94 наблюдений от 14-29 октября (среднее расхождение 0.5”).
Вычисленное значение эксцентриситета траектории с погрешностью: e=1.1969047±0.00132 (на основе 72 из 82 наблюдений от 14-29 октября (среднее расхождение 0.338”)).
Откуда прилетел А/2017 U1?
Первоначальный анализ показал, что точкой прилета объекта является созвездие Лира. В связи с этим стала популярной версия, согласно которой его источником может быть система молодой (около 455±13 млн. лет), близкой (26 световых лет) и массивной (2,135 ± 0,074 масс Солнца) звезды Вега. Эта очень яркая звезда (шестое место на земном небе) приближается к Солнечной Системе со скоростью 14 км в секунду. Перелет от Веги должен был бы занять около 300 тысяч лет.
Положение объекта А/2017 U1 на земном небе в 1699 году. Источник
К настоящему времени эту версию можно считать маловероятной, так как расчеты позволяют определить точку прилета с погрешностью всего в 12 угловых минут: RA=18h 41m 25s, dec=+34 15. Эта точка находится в 5 угловых градусах от Веги. Точка отправления найдена с ещё большей точностью (погрешность 1.5 угловых минут): RA=23 51 30, dec=+24 47' (созвездие Пегаса). Погрешность текущей оценки скорости (26.17 км в секунду) объекта составляет 60 метров в секунду. С другой стороны встречаются утверждения, что погрешность координат точки прилета существенно занижена, так как отсутствуют астрометрические измерения объекта до пролета перицентра траектории (ближайшей точки к Солнцу ).
Положение объекта А/2017 U1 на земном небе 300 тысяч лет назад находится на большом удалении от Веги. Источник
Нынешние расчеты не показывают ни одного вероятного кандидата среди близких звезд:
В то же время отмечается близость точки прилета объекта к положению апекса Солнечной Системы (направление движения нашей планетной системы относительно близких звезд со скоростью 19.4 км в секунду):
Источник
Угловое расстояние между точкой прилета и солнечным апексом составляет порядка 6 угловых градусов. В связи с этим возраст объекта, может быть, сравним со средним возрастом тонкого диска галактики (7.5 миллиардов лет). Вероятно, только к весне 2018 года удастся более точно определить кандидата в возможную “домашнюю“ систему объекта. К этому времени будет опубликована окончательная астрометрия А/2017 U1 (к концу этого года он станет тусклее 30 звездной величины), а также появится второй релиз астрометрических данных спутника Gaia (DR2).
Каковы физические свойства объекта А/2017 U1?
Первые опубликованные снимки А/2017 U1, которые были сделаны 21 октября с использованием 0.81-метрового телескопа обсерватории Тенагра (Аризона) на 9-минутном интервале времени.
Объект А/2017 U1 был впервые замечен 19 октября Робом Уриком (Rob Weryk) из Гавайского университета при анализе четырех снимков обзорного гавайского телескопа PS1, которые были сделаны днем раньше. Позже новый объект был замечен на двух снимках телескопа PS1 от 17 октября и на двух снимках 0.63-метрового телескопа обзора Каталина от 14 и 17 октября. Первые наблюдения позволили определить абсолютный блеск объекта (H) в 22 звездных величин. При гипотетическом альбедо в 10% (типичное значение для комет) это означало примерный размер в 160 метров или меньше 400 метров при любом возможном альбедо.
Первые снимки показали полное отсутствие следов кометной комы, несмотря на кометную траекторию. В связи с этим были сделаны снимки А/2017 U1 на более крупном 4.2-метровом телескопе имени Уильяма Гершеля (WHT на Канарских островах):
После того как 26 октября снимки камеры FOR2 8.2-метрового телескопа VLT также показали отсутствие кометной комы, обозначение объекта U/2017 U1 было изменено на А/2017 U1.
Снимок А/2017 U1 сделанный 29 октября на 4.2-метровом телескопе имени Уильяма Гершеля (WHT на Канарских островах). Источник
Кроме того анализ снимков солнечных обсерваторий SOHO/LASCO и STEREO/HI-1 позволил получить верхний предел видимого блеска во время приближения к Солнцу в 14 звездных величин. Для сравнения даже без кометной активности его максимальный видимый блеск должен был составлять 10 сентября 11.4 звездных величин:
Из анализа текущих фотометрических наблюдений период вращения А/2017 U1 предполагается в 8-9 суток:
Это очень большой период вращения для объектов подобного размера.
Вскоре начались попытки получить первые спектры А/2017 U1. 25 октября 5-метровый телескоп Паломарской обсерватории получил первый спектр А/2017 U1 с помощью спектрографа DBSP:
Полученный спектр отличается очень низким SNR, так как 3-часовые наблюдения были проведены в плохих погодных условиях (синг 2-3 угловых секунд). В итоге только треть полученных спектров (десять пятиминутных экспозиций) оказалась пригодной для анализа. Первый спектр не показывает никаких деталей, кроме систематического наклона влево. Этот наклон говорит о том, что А/2017 U1 значительно краснее солнечного спектра и сравним по цвету с наиболее красными объектами пояса Койпера.
Также 25 октября был получен ещё один спектр А/2017 U1 - на 4.2-метровом телескопе имени Уильяма Гершеля (WHT на Канарских островах):
Второй спектр подтверждает красный цвет объекта, который похож на цвет популяции объектов пояса Койпера.
К настоящему времени известно, что спектр объекта получил и 8.2-метровый телескоп VLT (использовался спектрограф XSHOOTER, разработанный для спектроскопии оптического послесвечения гамма-всплесков):
Внеплановые программы, одобренные в ESO (Южной Европейской обсерватории) с целью наблюдения межзвездного гостя. Источник
Одновременно осуществляются наблюдения объекта с помощью обоих 8.2-метровых телескопов Джемини (установлены на Гаваях и в Чили), в том числе и в ближнем инфракрасном диапазоне:
Снимок 8.2-метрового телескопа Джемини, сделанный 29 октября. Источник
Внеплановые программы, одобренные на южном телескопе Джемини с целью наблюдения межзвездного гостя. Источник
Внеплановые программы, одобренные на северном телескопе Джемини с целью наблюдения межзвездного гостя. Источник
Очень важными являются наблюдения объекта на инфракрасном космическом телескопе Спитцер. Только этот космический телескоп способен обнаружить тепловое излучение объекта на длине волны в 3.6 и 4.5 микрон, и тем самым определить его альбедо и точные размеры. В настоящее время телескоп Спитцер находится почти на противоположной стороне гелиоцентрической орбиты от Земли. В результате этого А/2017 U1 сейчас расположен для телескопа Спитцер в соседнем созвездии от Солнца:
В настоящее время нет никакой информации о планировании наблюдений А/2017 U1 на космическом телескопе Спитцер. В то же время появилась информация о планировании таких наблюдений на флагмане оптической астрономии - космическом телескопе Хаббл. Основной целью программы продолжительностью в 5 орбит космического телескопа станет сверхточная астрометрия и фотометрия для уменьшения погрешности определения точки прилета А/2017 U1, а также определения его точного периода вращения.
Наиболее вероятно, что А/2017 U1 сформировался за снеговой линией. Современные статистические расчеты показывают, что число астероидов главного пояса примерно в миллион раз меньше популяции объектов пояса Койпера и облака Оорта. Другие оценки говорят о том, что только 4% объектов Солнечной Системы сформировались внутри снеговой линии.
Параллельно в СМИ популярна маловероятная гипотеза об искусственном происхождении А/2017 U1. По этой теме часто приводится научно-фантастический роман Артура Кларка “Свидание с Рамой”:
Как долго земные телескопы смогут наблюдать А/2017 U1?
Как следует из вышеприведенной ссылки лишь примерно к 18 декабря видимый блеск объекта должен превысить 30 звездных величин:
Поэтому теоретически космический телескоп Хаббл сможет увеличить наблюдательную дугу А/2017 U1 до 2 месяцев:
Пока же видимая яркость объекта заключена в диапазоне от 19 до 23 звездных величин, что позволяет использовать небольшие телескопы с апертурой вплоть до 0.3 метров. Примеры снимков:
Пример снимка А/2017 U1 с использованием 0.4-метрового телескопа. Источник
Снимки 2-метрового Ливерпульского телескопа (Канарские острова), сделанные 27-28 октября. Источник
Снимки 40-см телескопа обсерватории Тенагра (Аризона) от 26 и 27 октября. Источник
Снимок 60-см телескопа итальянской обсерватории San Marcello. Источник
Будущие перспективы исследований межзвездных объектов
Открытие А/2017 U1 стало полной неожиданностью, так как ещё год назад прогнозировалось, что даже 8-метровому обзорному телескопу LSST за 10 лет работы удастся обнаружить от 0.001 до 10 межзвездных объектов с диаметрами от 0.1 до 1 км. Тот факт, что А/2017 U1 14 октября пролетел всего в 0.095 астрономических единиц (14 миллионов км) от Земли, говорит о том что в пространстве ограниченном ближайшими звездами должны находится многие триллионы подобных объектов. Открытие первого межзвездного объекта пришлось на 743 тысячи известных объектов Солнечной Системы к этому времени (4 тысячи из них являются кометами). Следовательно, телескоп LSST сможет открыть до десяти подобных объектов, так как ожидается, что за 10 лет работы этот обзорный телескоп обнаружит примерно 6 миллионов объектов Солнечной Системы:
Один из слайдов презентации конференции NASA по изучению небольших объектов Солнечной Системы от января 2017 года. Источник
В этом обзоре я решил привести известные на сегодня сведения по теме первого открытого межзвездного объекта в Солнечной системе (ранее регистрировались лишь гиперболические метеоры в земной атмосфере, а так же межзвездные пылинки с помощью межпланетных станций). За прошедшие пять дней после того как мир узнал об важном астрономическом открытии отпало большинство сомнений в том, что А/2017 U1 действительно движется по гиперболической траектории. Кроме того были получены снимки межзвездного гостя с использованием крупнейших телескопов мира, а так же его первые спектры.
Действительно ли А/2017 U1 движется по гиперболической траектории?
Как известно, эксцентриситет гиперболической траектории превышает 1. До сегодняшнего времени рекорд принадлежал комете C/1980_E1 (Bowell) с e=1.057, которая первоначально была околосолнечной кометой, но после близкого пролета Юпитера в 34 миллионах километров покинула Солнечную Систему. Эксцентриситеты орбит других кандидатов в гиперболические объекты не превышают 1.03:
До настоящего времени ни для одного из известных объектов скорость приближения к Солнечной Системе не превышала третью космическую скорость:
Через несколько часов после публикации открытия объекта возникли сомнения в том, что А/2017 U1 действительно движется по гиперболической траектории. Сомнения заключались в том, что если из анализа удалить измерения с наибольшей погрешностью, которые сделаны с помощью 0.5-метрового телескопа в австралийской обсерватории, то эксцентриситет траектории А/2017 U1 падает до e=0.932±0.023. Однако с другой стороны в этом случае средняя разница между наблюдаемыми и прогнозируемыми измерениями возрастала во много раз и достигала нескольких угловых секунд.
По мере роста количества измерений и длины наблюдаемой дуги А/2017 U1 сомнения в гиперболической траектории улетучивались. К настоящему времени Центр малых планет опубликовал шесть циркуляров по А/2017 U1, и эксцентриситет в них только увеличивается:
1) MPEC 2017-U181 от 25 октября: e=1.1897018 на основе 34 наблюдений от 18-24 октября (среднее расхождение 0.5”).
2) MPEC 2017-U183 от 25 октября: e=1.1897018 на основе 34 наблюдений от 18-24 октября (среднее расхождение 0.5”).
3) MPEC 2017-U185 от 26 октября: e=1.1937160 на основе 47 наблюдений от 14-25 октября (среднее расхождение 0.5”).
4) MPEC 2017-U234 от 27 октября: e=1.1978499 на основе 68 наблюдений от 14-26 октября (среднее расхождение 0.5”).
5) MPEC 2017-U263 от 29 октября: e=1.1974441 на основе 85 наблюдений от 14-28 октября (среднее расхождение 0.5”).
6) MPEC 2017-U265 от 29 октября: e=1.1973200 на основе 94 наблюдений от 14-29 октября (среднее расхождение 0.5”).
Вычисленное значение эксцентриситета траектории с погрешностью: e=1.1969047±0.00132 (на основе 72 из 82 наблюдений от 14-29 октября (среднее расхождение 0.338”)).
Откуда прилетел А/2017 U1?
Первоначальный анализ показал, что точкой прилета объекта является созвездие Лира. В связи с этим стала популярной версия, согласно которой его источником может быть система молодой (около 455±13 млн. лет), близкой (26 световых лет) и массивной (2,135 ± 0,074 масс Солнца) звезды Вега. Эта очень яркая звезда (шестое место на земном небе) приближается к Солнечной Системе со скоростью 14 км в секунду. Перелет от Веги должен был бы занять около 300 тысяч лет.
Положение объекта А/2017 U1 на земном небе в 1699 году. Источник
К настоящему времени эту версию можно считать маловероятной, так как расчеты позволяют определить точку прилета с погрешностью всего в 12 угловых минут: RA=18h 41m 25s, dec=+34 15. Эта точка находится в 5 угловых градусах от Веги. Точка отправления найдена с ещё большей точностью (погрешность 1.5 угловых минут): RA=23 51 30, dec=+24 47' (созвездие Пегаса). Погрешность текущей оценки скорости (26.17 км в секунду) объекта составляет 60 метров в секунду. С другой стороны встречаются утверждения, что погрешность координат точки прилета существенно занижена, так как отсутствуют астрометрические измерения объекта до пролета перицентра траектории (ближайшей точки к Солнцу ).
Положение объекта А/2017 U1 на земном небе 300 тысяч лет назад находится на большом удалении от Веги. Источник
Нынешние расчеты не показывают ни одного вероятного кандидата среди близких звезд:
В то же время отмечается близость точки прилета объекта к положению апекса Солнечной Системы (направление движения нашей планетной системы относительно близких звезд со скоростью 19.4 км в секунду):
Источник
Угловое расстояние между точкой прилета и солнечным апексом составляет порядка 6 угловых градусов. В связи с этим возраст объекта, может быть, сравним со средним возрастом тонкого диска галактики (7.5 миллиардов лет). Вероятно, только к весне 2018 года удастся более точно определить кандидата в возможную “домашнюю“ систему объекта. К этому времени будет опубликована окончательная астрометрия А/2017 U1 (к концу этого года он станет тусклее 30 звездной величины), а также появится второй релиз астрометрических данных спутника Gaia (DR2).
Каковы физические свойства объекта А/2017 U1?
Первые опубликованные снимки А/2017 U1, которые были сделаны 21 октября с использованием 0.81-метрового телескопа обсерватории Тенагра (Аризона) на 9-минутном интервале времени.
Объект А/2017 U1 был впервые замечен 19 октября Робом Уриком (Rob Weryk) из Гавайского университета при анализе четырех снимков обзорного гавайского телескопа PS1, которые были сделаны днем раньше. Позже новый объект был замечен на двух снимках телескопа PS1 от 17 октября и на двух снимках 0.63-метрового телескопа обзора Каталина от 14 и 17 октября. Первые наблюдения позволили определить абсолютный блеск объекта (H) в 22 звездных величин. При гипотетическом альбедо в 10% (типичное значение для комет) это означало примерный размер в 160 метров или меньше 400 метров при любом возможном альбедо.
Первые снимки показали полное отсутствие следов кометной комы, несмотря на кометную траекторию. В связи с этим были сделаны снимки А/2017 U1 на более крупном 4.2-метровом телескопе имени Уильяма Гершеля (WHT на Канарских островах):
После того как 26 октября снимки камеры FOR2 8.2-метрового телескопа VLT также показали отсутствие кометной комы, обозначение объекта U/2017 U1 было изменено на А/2017 U1.
Снимок А/2017 U1 сделанный 29 октября на 4.2-метровом телескопе имени Уильяма Гершеля (WHT на Канарских островах). Источник
Кроме того анализ снимков солнечных обсерваторий SOHO/LASCO и STEREO/HI-1 позволил получить верхний предел видимого блеска во время приближения к Солнцу в 14 звездных величин. Для сравнения даже без кометной активности его максимальный видимый блеск должен был составлять 10 сентября 11.4 звездных величин:
Из анализа текущих фотометрических наблюдений период вращения А/2017 U1 предполагается в 8-9 суток:
Это очень большой период вращения для объектов подобного размера.
Вскоре начались попытки получить первые спектры А/2017 U1. 25 октября 5-метровый телескоп Паломарской обсерватории получил первый спектр А/2017 U1 с помощью спектрографа DBSP:
Полученный спектр отличается очень низким SNR, так как 3-часовые наблюдения были проведены в плохих погодных условиях (синг 2-3 угловых секунд). В итоге только треть полученных спектров (десять пятиминутных экспозиций) оказалась пригодной для анализа. Первый спектр не показывает никаких деталей, кроме систематического наклона влево. Этот наклон говорит о том, что А/2017 U1 значительно краснее солнечного спектра и сравним по цвету с наиболее красными объектами пояса Койпера.
Также 25 октября был получен ещё один спектр А/2017 U1 - на 4.2-метровом телескопе имени Уильяма Гершеля (WHT на Канарских островах):
Второй спектр подтверждает красный цвет объекта, который похож на цвет популяции объектов пояса Койпера.
К настоящему времени известно, что спектр объекта получил и 8.2-метровый телескоп VLT (использовался спектрограф XSHOOTER, разработанный для спектроскопии оптического послесвечения гамма-всплесков):
Внеплановые программы, одобренные в ESO (Южной Европейской обсерватории) с целью наблюдения межзвездного гостя. Источник
Одновременно осуществляются наблюдения объекта с помощью обоих 8.2-метровых телескопов Джемини (установлены на Гаваях и в Чили), в том числе и в ближнем инфракрасном диапазоне:
Снимок 8.2-метрового телескопа Джемини, сделанный 29 октября. Источник
Внеплановые программы, одобренные на южном телескопе Джемини с целью наблюдения межзвездного гостя. Источник
Внеплановые программы, одобренные на северном телескопе Джемини с целью наблюдения межзвездного гостя. Источник
Очень важными являются наблюдения объекта на инфракрасном космическом телескопе Спитцер. Только этот космический телескоп способен обнаружить тепловое излучение объекта на длине волны в 3.6 и 4.5 микрон, и тем самым определить его альбедо и точные размеры. В настоящее время телескоп Спитцер находится почти на противоположной стороне гелиоцентрической орбиты от Земли. В результате этого А/2017 U1 сейчас расположен для телескопа Спитцер в соседнем созвездии от Солнца:
В настоящее время нет никакой информации о планировании наблюдений А/2017 U1 на космическом телескопе Спитцер. В то же время появилась информация о планировании таких наблюдений на флагмане оптической астрономии - космическом телескопе Хаббл. Основной целью программы продолжительностью в 5 орбит космического телескопа станет сверхточная астрометрия и фотометрия для уменьшения погрешности определения точки прилета А/2017 U1, а также определения его точного периода вращения.
Наиболее вероятно, что А/2017 U1 сформировался за снеговой линией. Современные статистические расчеты показывают, что число астероидов главного пояса примерно в миллион раз меньше популяции объектов пояса Койпера и облака Оорта. Другие оценки говорят о том, что только 4% объектов Солнечной Системы сформировались внутри снеговой линии.
Параллельно в СМИ популярна маловероятная гипотеза об искусственном происхождении А/2017 U1. По этой теме часто приводится научно-фантастический роман Артура Кларка “Свидание с Рамой”:
Как долго земные телескопы смогут наблюдать А/2017 U1?
Как следует из вышеприведенной ссылки лишь примерно к 18 декабря видимый блеск объекта должен превысить 30 звездных величин:
Поэтому теоретически космический телескоп Хаббл сможет увеличить наблюдательную дугу А/2017 U1 до 2 месяцев:
Пока же видимая яркость объекта заключена в диапазоне от 19 до 23 звездных величин, что позволяет использовать небольшие телескопы с апертурой вплоть до 0.3 метров. Примеры снимков:
Пример снимка А/2017 U1 с использованием 0.4-метрового телескопа. Источник
Снимки 2-метрового Ливерпульского телескопа (Канарские острова), сделанные 27-28 октября. Источник
Снимки 40-см телескопа обсерватории Тенагра (Аризона) от 26 и 27 октября. Источник
Снимок 60-см телескопа итальянской обсерватории San Marcello. Источник
Будущие перспективы исследований межзвездных объектов
Открытие А/2017 U1 стало полной неожиданностью, так как ещё год назад прогнозировалось, что даже 8-метровому обзорному телескопу LSST за 10 лет работы удастся обнаружить от 0.001 до 10 межзвездных объектов с диаметрами от 0.1 до 1 км. Тот факт, что А/2017 U1 14 октября пролетел всего в 0.095 астрономических единиц (14 миллионов км) от Земли, говорит о том что в пространстве ограниченном ближайшими звездами должны находится многие триллионы подобных объектов. Открытие первого межзвездного объекта пришлось на 743 тысячи известных объектов Солнечной Системы к этому времени (4 тысячи из них являются кометами). Следовательно, телескоп LSST сможет открыть до десяти подобных объектов, так как ожидается, что за 10 лет работы этот обзорный телескоп обнаружит примерно 6 миллионов объектов Солнечной Системы:
Один из слайдов презентации конференции NASA по изучению небольших объектов Солнечной Системы от января 2017 года. Источник