Om ett år (kanske två), Vera C. Rubin-observatoriet i Chile kommer att tas i drift och påbörja sin 10-åriga undersökning av tid och rum (LSST). Med sin 8,4-meters (27 fot) spegel och 3,2 gigapixelkamera, detta observatorium förväntas samla in 500 petabyte bilder och data. Den kommer också att ta upp några av de mest angelägna frågorna om strukturen och utvecklingen av universum och allt i det.

En av de mycket efterlängtade aspekterna av LSST är hur den kommer att tillåta astronomer att lokalisera och spåra interstellära objekt (ISOs), som har blivit av särskilt intresse sedan 'Oumuamua flög genom vårt system 2017. Enligt en nyligen genomförd studie av ett team från University of Chicago och Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), Rubin-observatoriet kommer att upptäcka omkring 50 föremål under sitt 10-åriga uppdrag, många av dem kommer vi att kunna studera på nära håll med hjälp av mötesuppdrag.

Deras papper som beskriver deras fynd, som granskas för publicering i Planetary Science Journal, leddes av Devin Hoover, en forskare vid Institutionen för astronomi och astrofysik vid University of Chicago. Han fick sällskap av Darryl Seligman, en T.C. Chamberlin postdoktor vid University of Chicagos avdelning för geofysiska vetenskaper; och Matthew Payne, en SAO-forskare vid Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Ända sedan mänskligheten fick sin första glimt av ett interstellärt objekt den 19 oktober, 2017, astronomer har övervägt möjligheten att träffa framtida besökare. Medan astronomer redan hade teoretiserat att vårt solsystem besöks av interstellära objekt några gånger om året, 'Oumuamua det första sådant föremål som någonsin observerats. Dessutom, hur det trotsade klassificeringen ledde snabbt till insikten att detta föremål var det första i sitt slag som någonsin observerats.

Detta skapade ingen brist på spekulationer om vad det kunde vara, med möjligheter som sträcker sig från ett väteisberg, en bit av en Pluto-liknande kropp, en interstellär "dammkanin, " och till och med ett utomjordiskt solsegel. Oavsett dess sanna natur, "Oumuamuas blotta existens bekräftade att ISO:er är statistiskt signifikanta i vår galax, vilket förstärktes av upptäckten av en andra ISO (2I/Borisov) nästan två år senare.

Som huvudförfattaren Devin Hooper förklarade för Universe Today via e-post, utsikterna att studera en ISO är extremt lovande, givet vad de representerar:"Interstellära objekt representerar byggstenarna och resterna från planetbildningsprocessen i extrasolära system. Precis som kometerna och asteroiderna i solsystemet har berättat mer om dess bildande än planeterna själva, interstellära objekt kommer att berätta mer om planet- och stjärnbildning än exoplaneter och stjärnor. Eftersom dessa objekt passerar genom solsystemet, vi kan få insikter i byggstenarna för planeter utanför solen utan att resa till andra planetsystem."

Av dessa anledningar, det astronomiska samfundet ser fram emot upptäckten av fler interstellära objekt. Flera studier har redan visat hur nya instrument kommer att upptäcka flera sådana föremål om året, vilket kommer att tillåta astronomer att begränsa egenskaperna hos denna typ av objekt och avgöra hur 'Oumuamua och 2I/Borisov passar in i den totala befolkningen.

Till exempel, Forskare har indikerat att Vera C. Rubin-observatoriet kommer att upptäcka flera ISO per år när LSST börjar. Liknande, det finns förslag på snabba avlyssningsuppdrag som kan träffas med några av dessa objekt. För att avgöra hur många objekt som skulle kunna detekteras och nås, Hoover och hans kollegor körde en serie datorsimuleringar som genererade en hel population av ISO:er som kom in i solsystemet.

Nummertätheten för föremålen baserades på vad detekteringen av 'Oumuamua och 2I/Borisov antydde – dvs. 10 ²⁶ i vår galax, och en som passerar genom det inre solsystemet vid varje given tidpunkt. För att se vilken som skulle kunna upptäckas av LSST, sa Hoover, de utvecklade tre detekterbarhetskriterier:

"Först, ISO måste ha en minsta skenbar magnitud under 24; med andra ord, den måste vara tillräckligt ljus för att kunna observeras av LSST. Andra, ISO måste uppnå en höjd över +30 grader; med andra ord, det måste vara tillräckligt högt på himlen... Äntligen, solen måste ha en höjd under -18 grader; med andra ord, solen är under horisonten för att göra himlen tillräckligt mörk vid observationstillfället. Det andra och tredje kriteriet säkerställer att detekterbara ISO:er är betydligt avlägset från solen på himlen."

Om någon ISO som passerar genom det inre solsystemet uppfyller alla tre av dessa kriterier vid någon punkt längs dess bana (sammanfaller med LSST:s 10-åriga observationskampanj), då ansågs det påvisbart. De fann att ungefär 20 % av ISO:er i deras simulerade population skulle kunna upptäckas av LSST och nås med ett dedikerat ISO-mötesuppdrag. Detta motsvarar ungefär en ISO som kan nås per år mellan 2022/23–2032/33.

Ser man på den närmaste framtiden, dessa resultat kommer att tillåta forskare att ta fram observationsstrategier som maximerar sannolikheten för att upptäcka ISO och hjälper till att avgöra vilka framtida mötesuppdrag som är genomförbara. Hoover säger, "Specifikt, 1,69 % av ISO:erna i vårt prov är både detekterbara och nåbara genom ett mötesuppdrag givet 30 km/s delta-v. Vi kräver båda kriterierna eftersom vi bara känner till banorna för detekterade ISO:er, gör det möjligt att skicka avlyssningsuppdrag till dem. Detta, självklart, beror på upptäckten av fler ISO:er. När det astronomiska samfundet förbättrar sina upptäcktsmöjligheter, vi kommer att undersöka ett mycket större antal ISO, så att vi kan välja från ett bredare utbud av mål för ett mötesuppdrag."

Just nu, det finns två uppdrag under utveckling – ESA:s Comet Interceptor-uppdrag och NASA BRIDGE-konceptet – som båda övervägdes i denna studie av Hoover och hans kollegor. Som Hoover indikerade, dessa uppdrag kommer att ha en delta-v på 15 km/s (54, 000 km/h; 33, 554 mph) och 2 km/s (7, 200 km/h; 4, 474 mph) respektive. Detta uppfyller inte delta-v-kraven som anges i deras studie, vilket minskar populationen av tillgängliga ISO:er avsevärt.

Faktiskt, resultaten från Hoover och hans kollegor visar att med dessa två uppdrag, andelen nåbara ISO:er minskade till 0,471 % och 0,003 % av deras urval, respektive. Med tanke på nummertätheten för ISO:er i deras simulering, detta uppgår till cirka 1 ISO per år som skulle kunna detekteras och nås med NASAs BRIDGE-koncept. Dock, det finns många förslag på avlyssningsuppdrag med högre delta-v-kapacitet, såsom ljussegel och riktade energimatriser. Även långsammare uppdrag har fortfarande en chans att träffas.

"På grund av tekniska begränsningar, the delta-v capabilities of current missions are limited, but this does not make a rendezvous mission with an ISO impossible, " said Hoover. "Given the current estimate for the number density of ISOs within the solar system, ~100 are within the 5 AU sphere at any given time. Given the time it takes for a typical ISO to cross the 5 AU sphere, we calculated that the LSST should detect ~10 reachable targets for BRIDGE within its 10-year observational campaign. Således, I would not rule out the possibility of low delta-v intercept missions."

Blickar framåt, the results of this study will be of considerable use to astronomers and space agencies. Beyond offering updated estimates on how many ISOs will be detectable soon, these results will also allow researchers to devise observation strategies that maximize the likelihood of detecting ISOs. Vidare, they underline the need for dedicated intercept missions capable of keeping up with ISOs that buzz our system!