Det är ingen hemlighet att planeten jorden ibland möts av stenar från rymden som antingen exploderar i atmosfären eller slår mot ytan. Dessutom, Jorden upplever regelbundet meteorregn när den passerar genom moln av skräp i solsystemet. Dock, det har också fastställts att jorden regelbundet bombarderas av föremål som är tillräckligt små för att gå obemärkt förbi - ungefär 1 mm i storlek.

Enligt en ny studie av Harvard-astronomerna Amir Siraj och Prof. Abraham Loeb, det är möjligt att jordens atmosfär bombarderas av större meteorer – 1 mm till 10 cm (0,04 till 4 tum) – som är extremt snabba. Dessa meteorer, de bråkar, kan vara resultatet av närliggande supernovor som accelererar partiklar till subrelativistiska eller till och med relativistiska hastigheter – från flera tusen gånger ljudets hastighet till en bråkdel av ljusets hastighet.

Deras studie, med titeln "Observationssignaturer av subrelativistiska meteorer", nyligen dök upp på arXiv pre-print server och har skickats till Astrofysisk tidskrift . Deras arbete tar upp ett pågående mysterium inom astrofysik, vilket är huruvida utstötningen som skapas av en supernova kan accelereras till relativistiska hastigheter och färdas genom det interstellära mediet för att nå jordens atmosfär.

Förekomsten av dessa typer av meteorer, som skulle mäta cirka 1 mm i diameter (0,04 tum), har föreslagits av flera astronomer tidigare, inklusive Lyman Spitzer och Satio Hayakawa. Frågan om de skulle kunna överleva resan genom det interstellära rymden eller inte har också studerats ingående. Som Siraj förklarade för Universe Today via e-post:

"Empiriska bevis tyder på att minst en supernova har regnat tunga grundämnen på jorden tidigare. Supernovor är kända för att släppa ut betydande mängder damm vid subrelativistiska hastigheter. Vi ser också tecken på klumpighet eller "kulor" i supernovautkastning. Bråkdelen massan som finns i små klumpar är okänd, men om bara 0,01 % av dammutkastet finns i föremål av millimeterstorlek eller större, vi förväntar oss att en skulle dyka upp i jordens atmosfär som en subrelativistisk meteor varje månad (baserat på antalet supernovor i Vintergatans galax)."

Trots att de har en god teoretisk grund, frågan kvarstår om meteorer större än ett dammkorn kommer in i jordens atmosfär med subrelativistiska eller relativistiska hastigheter. Dessa skulle vara meteorer som mäter 1 mm (0,04 tum), 1 cm (0,4 tum), eller 10 cm (4 tum) i diameter. Mycket av problemet har att göra med vår nuvarande sökmetod, som helt enkelt inte är inställd för att leta efter den här typen av föremål.

"Meteorer färdas vanligtvis nära 0,01% av ljusets hastighet, " sade Siraj. "Därför, aktuella sökningar är inställda för att hitta signaler från objekt som rör sig med den hastigheten. Meteorer från supernovor skulle färdas hundra gånger snabbare (cirka 1% av hastighetsljuset), och så skulle deras signaler skilja sig betydligt från vanliga meteorer, gör att de lätt missas av aktuella undersökningar."

För deras studiers skull, Siraj och Loeb utvecklade en hydrodynamisk och strålningsmodell för att spåra utvecklingen av heta plasmacylindrar som är resultatet av subrelativistiska meteorer som passerar genom atmosfären. Från detta, de kunde beräkna vilken typ av signaler som skulle produceras, ger därigenom en indikation på vad astronomer bör vara ute efter. Som Siraj förklarade:

"Vi finner att en subrelativistisk meteor skulle ge upphov till en chockvåg som kan fångas upp av en mikrofon, och även en ljus blixt av strålning som är synlig i optiska våglängder – båda varar i ungefär en tiondels millisekund. För meteorer så små som 1 mm, en liten optisk detektor (1 kvadratcentimeter) kunde lätt upptäcka ljusblixten ut mot horisonten."

Med detta i åtanke, Siraj och Loeb beskrev vilken typ av infrastruktur som skulle göra det möjligt för astronomer att bekräfta existensen av dessa objekt och studera dem. Till exempel, nya undersökningar skulle kunna inkludera infraljudsmikrofoner och optiskt-infraröda instrument som skulle kunna upptäcka den akustiska signaturen och optiska blixtar som skapas av dessa objekt som kommer in i vår atmosfär och de resulterande explosionerna.

Baserat på deras beräkningar, de rekommenderar att ett globalt nätverk av cirka 600 detektorer med täckning överallt, som kunde upptäcka några av dessa typer av meteorer per år. Det finns också möjlighet att söka igenom befintliga data efter tecken på subrelativistiska och relativistiska meteorer. Sist men inte minst, det finns möjlighet att använda befintlig infrastruktur för att leta efter tecken på dessa objekt.

Ett bra exempel på detta, Siraj förklarade, finns i NASA:s Center for Near-Earth Object Studies (CNEOS) nätverk och databas:"Dessutom, vi noterar att den amerikanska regeringens globala sekretessbelagda nätverk av sensorer (inklusive mikrofoner och optiska detektorer) som tillhandahåller CNEOS Fireball och Bolide Database sannolikt omfattar en kapabel befintlig infrastruktur. Vi uppmanar den amerikanska regeringen att avklassificera bredare delar av CNEOS-data så att forskare kan söka efter subrelativistiska meteorer utan att spendera mer skattebetalarnas pengar för att utveckla ett nytt globalt nätverk – med ett redan i drift!"

Vinsten för detta skulle vara inget mindre än förmågan att studera en helt ny uppsättning objekt som regelbundet interagerar med jordens atmosfär. Det skulle också ge ett nytt perspektiv på studiet av supernovor genom att tillåta astronomer att sätta viktiga begränsningar på utstötningen de producerar. Med detta i åtanke, en låg kostnad, globala nätverk av all-sky kameror verkar väl värt investeringen.