70.000 jaar geleden passeerde een paar bruine dwergen, bekend als de ster van Scholz, die zich net aan de vooravond van de waterstoffusie in hun kernen bevond, door de Oortwolk van ons zonnestelsel. In tegenstelling tot de sterren in deze illustratie waren ze niet zichtbaar voor het menselijk oog.
We zijn gewend om aan ons zonnestelsel te denken als een stabiele, vredige plek. Natuurlijk leren we van tijd tot tijd dat planeten en andere hemellichamen tegen een komeet of asteroïde hebben geschopt, maar voor het grootste deel blijft alles constant. Zelfs een zeldzame interstellaire bezoeker brengt niet veel risico met zich mee, althans niet voor de integriteit van een wereld als de onze. Maar ons hele zonnestelsel draait door de melkweg, wat betekent dat het honderden miljarden kansen heeft op nauwe interactie met een andere ster. Hoe vaak gebeurt dit eigenlijk en wat zijn de mogelijke gevolgen hiervan? Onze lezer stelt een vraag:
Mogelijkheden variëren van routine-incidenten waarbij verschillende objecten in de Oort-wolk hun best doen tot catastrofale botsingen met een planeet of het uitwerpen van een planeet uit het systeem. Laten we eens kijken wat er werkelijk gebeurt.
Een dichtheidskaart van de Melkweg en de omringende lucht, die duidelijk de Melkweg, de Grote en Kleine Magelhaense Wolken laat zien, en als je goed kijkt NGC 104 links van de Kleine Wolk, NGC 6205 net boven en links van de galactische kern, en NGC 7078 net eronder. In totaal bevat de Melkweg ongeveer 200 miljard sterren.
Onze beste schatting is dat de Melkweg 200 miljard tot 400 miljard sterren bevat. En hoewel sterren in zeer verschillende maten en massa's zijn, zijn de meeste (3 op de 4) rode dwergen: van 8% tot 40% van de massa van de zon. De grootte van deze sterren is kleiner dan de zon: gemiddeld ongeveer 25% van de diameter van de zon. We kennen ook grofweg de grootte van de Melkweg: het is een schijf van ongeveer 2.000 lichtjaar dik en 100.000 lichtjaar in diameter, met een centrale uitstulping met een straal van 5.000-8.000 lichtjaar.
Ten slotte beweegt een typische ster ten opzichte van de zon met een snelheid van 20 km / s: ongeveer 1/10 van de snelheid waarmee de zon (en alle sterren) in een baan om de Melkweg draait.
Hoewel de zon in het vlak van de Melkweg beweegt op een afstand van 25.000 tot 27.000 lichtjaar van het centrum, zijn de richtingen van de banen van de planeten van het zonnestelsel niet uitgelijnd met het vlak van de melkweg.
Dit zijn de statistieken voor de sterren in onze Melkweg. Er zijn veel details, nuances en trucs die we zullen negeren - zoals de verandering in dichtheid afhankelijk van of we ons in de spiraalarm bevinden of niet; het feit dat er meer sterren dichter bij het centrum staan dan dichter bij de rand (en onze zon staat halverwege de rand); de helling van de banen van het zonnestelsel ten opzichte van de galactische schijf; kleine veranderingen, afhankelijk van of we ons in het midden van het galactische vlak bevinden of niet … Maar we kunnen ze negeren, omdat we alleen door de bovenstaande grootheden te gebruiken, kunnen berekenen hoe vaak de sterren van de Melkweg binnen een bepaalde afstand van onze zon komen, en daarom hoe vaak nauwe ontmoetingen of verschillende botsingen kunnen worden verwacht.
Promotie video:
De afstanden tussen de zon en veel van de nabije sterren zijn nauwkeurig, maar elke ster - zelfs de grootste - zou op schaal minder dan een miljoenste van een pixel in diameter hebben.
We berekenen deze waarde heel eenvoudig - we berekenen de dichtheid van sterren, de doorsnede die voor ons van belang is (bepaald door hoe dicht je wilt dat de ster bij de onze komt) en de snelheid waarmee de sterren ten opzichte van elkaar bewegen, en dan vermenigvuldigen we dit alles tot verkrijg het aantal botsingen per tijdseenheid. Deze methode om het aantal botsingen te tellen is geschikt voor alles, van deeltjesfysica tot fysica van gecondenseerde materie (voor experts is dit in wezen het Drude-model), en net zo goed van toepassing op astrofysica. Als we aannemen dat er 200 miljard sterren in de Melkweg zijn, dat de sterren gelijkmatig over de schijf zijn verdeeld (de uitstulping negerend), en dat de sterren ten opzichte van elkaar bewegen met een snelheid van 20 km / s, dan krijgen we door de afhankelijkheid van het aantal interacties op de afstand tot de zon uit te zetten volgend:
Een grafiek die laat zien hoe vaak de sterren in de Melkweg een bepaalde afstand van de zon passeren. De grafiek is logaritmisch op beide assen, de y-as is de afstand en de x-as is - typische verwachting van deze gebeurtenis in jaren.
Hij zegt dat men gedurende de hele geschiedenis van het heelal gemiddeld kan verwachten dat de dichtstbijzijnde afstand waarop een andere ster de zon nadert 500 AE zal zijn, of ongeveer tien keer zo ver dan de afstand van de zon tot Pluto. Hij suggereert ook dat eens in de miljard jaar een ster ons kan naderen op een afstand van 1500 AU, dicht bij de rand van de verspreide Kuipergordel. En vaker, ongeveer eens in de 300.000 jaar, zal er een ster passeren op een afstand van ongeveer een lichtjaar van ons verwijderd.
De logaritmische weergave van het zonnestelsel, dat zich uitstrekt tot de dichtstbijzijnde sterren, laat zien hoe ver de Kuipergordel en de Oortwolken zich uitstrekken.
Dit is beslist goed voor de stabiliteit op lange termijn van de planeten in ons zonnestelsel. Hieruit volgt dat ons zonnestelsel meer dan 4,5 miljard jaar bestaat en de kans dat een ster een van onze planeten nadert op een afstand die gelijk is aan de afstand van de zon tot Pluto ongeveer 1 op 10.000 is; de kans dat een ster de zon nadert op een afstand die gelijk is aan de afstand van de zon tot de aarde (wat zijn baan enorm zou verstoren en zou leiden tot een uitworp uit het systeem) is minder dan 1 op 1.000.000.000. Dit betekent dat de kans om langs ons een andere ster uit de melkweg, die ons ernstig ongemak zou kunnen bezorgen, is vreselijk laag. We zullen niet verliezen in de ruimteloterij - het is zeer onwaarschijnlijk dat, aangezien er nog niets is gebeurd, er in de nabije toekomst iets zal gebeuren.
Banen van binnen- en buitenplaneten die de wetten van Kepler gehoorzamen. De kans dat de ster op een kleine afstand van ons zal passeren, en zelfs op een afstand vergelijkbaar met de afstand tot Pluto, is extreem klein.
Maar de gevallen van de passage van een ster door de Oortwolk (gelegen op 1,9 lichtjaar van de zon), waardoor de banen van een groot aantal ijslichamen werden geschonden, zouden zich gedurende deze tijd ongeveer 40.000 hebben verzameld. Met zo'n passage van een ster door het zonnestelsel, veel interessante, aangezien hier twee factoren samenkomen:
Oortwolkobjecten zijn zeer zwak verbonden met het zonnestelsel, dus zelfs een zeer kleine zwaartekrachtstoot kan hun baan aanzienlijk veranderen.
Sterren zijn erg massief, dus zelfs als een ster op een afstand reist van een object dat gelijk is aan de afstand van hem tot de zon, kan hij hem hard genoeg schoppen om zijn baan te veranderen.
Hieruit volgt dat elke keer dat we in de buurt van een passerende ster komen, het risico toeneemt dat we, laten we zeggen, enkele miljoenen jaren daarna, in botsing komen met een object uit de Oortwolk.
De Kuipergordel bevat het grootste aantal objecten in het zonnestelsel, maar hoe verder en zwakker de Oortwolk bevat niet alleen meer objecten - het is ook gevoeliger voor verstoringen van een passerende massa zoals een andere ster. Alle objecten in de Kuipergordel en Oortwolken bewegen zich met extreem lage snelheden ten opzichte van de zon.
Met andere woorden, we zullen de resultaten van de impact van een passerende ster op ijzige komeetachtige lichamen, die mogelijk in het zonnestelsel vallen, niet zien, totdat ongeveer 20 opeenvolgende sterren dicht genoeg bij de onze zijn gepasseerd! Dit is een probleem, aangezien het laatste zonnestelsel, de ster van Scholz (die 70.000 jaar geleden is gepasseerd) al 20 lichtjaar verwijderd is. Uit deze analyse kan echter een optimistische conclusie worden getrokken: hoe beter onze kaart van sterren en hun bewegingen, op 500 lichtjaar van ons verwijderd, hoe beter we kunnen voorspellen waar en wanneer de ongecontroleerde objecten van de Oortwolk zullen verschijnen. En als we ons zorgen maken over het beschermen van de planeet tegen objecten die door passerende sterren in ons systeem worden gegooid, dan is het verwerven van dergelijke kennis de voor de hand liggende volgende stap.
WISEPC J045853.90 + 643451.9, de groene stip is de eerste ultrakoude bruine dwerg die is ontdekt door de Wide-Field Infrared Survey Explorer, of WISE (Wide-Field Infrared Survey Explorer). Deze ster bevindt zich 20 lichtjaar van ons verwijderd. Om de hele hemel te bestuderen en alle sterren te vinden die langs de zon zouden kunnen passeren en stormen naar de Oortwolk zouden kunnen brengen, zou het 500 lichtjaar duren.
Dit vereist het bouwen van groothoektelescopen die zwakke sterren op grote afstand kunnen zien. De WISE-missie werd het prototype van een dergelijke techniek, maar de afstand waarop het in staat is om de zwakste sterren te zien, dat wil zeggen de sterren van het meest voorkomende type, wordt sterk beperkt door de grootte en de observatietijd. Een infrarood ruimtetelescoop die de hele hemel observeert, zou onze omgeving kunnen markeren, ons kunnen vertellen wat er tot ons kan komen, hoe lang het duurt, vanuit welke richtingen en welke sterren verstoringen hebben veroorzaakt tussen de objecten van de Oortwolk. Interacties met zwaartekracht vinden constant plaats, zelfs ondanks de enorme afstanden tussen de sterren in de ruimte; de Oortwolk is enorm, en het duurt erg lang voordat objecten van daaruit langs ons heen vliegen en ons op de een of andere manier beïnvloeden. Alles zal binnen een voldoende lange tijd gebeurenwat je kunt bedenken.
Alexander Kolesnik
