Астрономы открыли два известных межзвёздных объекта (МОС): Оумуамуа и 21/Борисова. Однако в любой момент времени через Солнечную систему могут проходить тысячи таких объектов. Согласно новой статье, создаваемый телескоп имени Веры Рубин станет фантастическим охотником за межзвёздными объектами и, возможно, сможет находить до 70 объектов в год, прилетающих из других звёздных систем.

Обсерватория Рубин — это наземный телескоп, расположенный высоко в чилийских Андах. Ожидается, что первый свет появится в 2025 году, и этот срок уже несколько раз переносился. 8,4-метровый телескоп Simonyi Survey Telescope будет делать снимки неба с помощью цифровой камеры с самым высоким в мире разрешением — 3200-мегапиксельным. В ней также будет установлен самый большой в мире объектив «рыбий глаз». Камера размером примерно с небольшой автомобиль и весом почти 2800 кг. Этот обзорный телескоп сможет быстро перемещаться и каждые несколько ночей сканировать всё видимое небо в южном полушарии.

Одним из основных проектов обсерватории Рубин будет Legacy Survey of Space and Time (LSST), рассчитанный, как ожидается, не менее чем на 10 лет. Исследователи предполагают, что в рамках этого проекта будут собраны данные о более чем 5 млн объектов пояса астероидов, 300 тыс. троянцев Юпитера, 100 тыс. околоземных объектов и более 40 тыс. объектов пояса Койпера. Поскольку «Рубин» сможет составлять карту видимого ночного неба каждые несколько дней, многие из этих объектов будут наблюдаться сотни раз.

Благодаря многократным наблюдениям телескопа будет накоплен огромный объём данных для расчёта положения и орбит всех этих объектов. Ожидается, что с помощью всех этих данных и картографирования Рубин сможет обнаружить слабые межзвёздные объекты, и эти быстрые МОС могут даже выделиться среди всех остальных объектов. По сути, LSST сможет запечатлеть в режиме таймлапса межзвёздные объекты во время их быстрого путешествия через нашу Солнечную систему.

От различных астрономов поступали различные оценки и прогнозы относительно того, сколько межзвёздных объектов сможет обнаружить Рубин. По одним оценкам, их будет 5 в год, по другим — 7, по третьим — 21.

В новой препринтной статье, опубликованной на сайте arXiv, высказывается предположение, что LSST сможет находить до 70 межзвёздных объектов ежегодно. «Годовая скорость, с которой LSST должен обнаруживать межзвёздные объекты типа Оумуамуа, находится в диапазоне от 0 до 70 обнаруженных объектов в год», — пишут астрономы Душан Маркета и Дэррил Селигман (Darryl Z. Seligman).

Для получения этого числа они применили недавно разработанный инструмент — алгоритм Object In Field (OIF).

«Он служит генератором наблюдений, имитирующим реальный проект LSST, — сообщил Маркета по электронной почте Universe Today, — обеспечивая время и координаты для каждого поля зрения LSST (FOV) и время экспозиции. Он также позволяет включить произвольную совокупность движущихся объектов Солнечной системы, таких как астероиды или кометы. Затем он продолжает их движение, определяет их положение на небе и определяет, появляются ли некоторые из них в указанных FOV».

Маркета, профессор Белградского университета и ведущий автор новой работы, рассказал, что они разработали метод генерации популяции межзвёздных астероидов и использовали OIF для оценки того, сколько таких объектов может обнаружить LSST при различных условиях.

«Учитывая неограниченный характер популяции межзвёздных объектов, мы рассматривали широкий спектр возможностей для критических параметров, — сказал он. — Это и распределение размеров, и диапазон альбедо, и их предполагаемые движения в межзвёздном пространстве. Учитывая все эти факторы, мы пришли к диапазону 0-70 объектов в год».

Это предполагает, что по крайней мере такое количество межзвёздных объектов существует в действительности. Маркета отметил, что плотность объектов на кубическую астрономическую единицу (0,1 объекта на кубическую астрономическую единицу), на которую указывает обнаружение Оумуамуа, «остаётся весьма неопределённой, как и другие параметры, связанные с этой популяцией», — сказал он.

Однако, поскольку ИСО движутся так быстро, их труднее обнаружить с помощью обсерватории Рубина из-за эффекта, называемого «потерей следа».

«Это эффект, возникающий, когда в поле зрения телескопа попадает быстро движущийся объект, — пояснил Маркета. — Чтобы возбудить пиксель на ПЗС-матрице, на него должно попасть определённое количество фотонов за время экспозиции (которое в наших моделях составляет 15 секунд). Для неподвижных объектов, таких как звёзды, все фотоны за время экспозиции попадают в одну и ту же область ПЗС-матрицы. Однако для объекта, меняющего своё положение в течение времени экспозиции, фотоны при движении попадают на разные пиксели».

По словам Марсета, даже если общее количество фотонов может быть достаточным для возбуждения пикселя, если они распределены по большому количеству пикселей, возможно, что ни один из пикселей не получит достаточно фотонов, чтобы превысить фоновый шум.

Хотя обнаружение следа на снимках LSST может облегчить привязку объектов к орбитам, что может привести к открытию новой ИСО, сама по себе потеря следа представляет собой проблему. Она снижает яркость объекта и может опустить его ниже предела обнаружения.

«Чем быстрее движется объект, тем большее количество пикселей принимает фотоны, что делает потери в отслеживании более заметными, — сказал он. — Наше моделирование показывает, что межзвёздные объекты могут появляться в поле зрения телескопа со скоростями, значительно превышающими скорости самых быстрых жителей Солнечной системы, что делает этот вопрос особенно важным».

Но, конечно, это загадка типа «курица или яйцо». Поскольку размер выборки составляет всего две единицы, учёные сейчас могут делать лишь приблизительные прогнозы относительно того, сколько межзвёздных объектов обнаружит Рубин. Когда удастся подсчитать и проанализировать более крупную выборку межзвёздных объектов, астрономы получат гораздо более точное представление о популяции этих объектов... что, скорее всего, произойдёт только после того, как будет запущена обсерватория «Рубин».

Однако Маркета и Селигман надеются, что Рубин и LSST все изменят.

«Возможно, что плотность объектов, похожих на Оумуамуа, выше, чем предполагается в настоящее время, поскольку значительная часть межзвёздных объектов в настоящее время не обнаруживается из-за потерь следа и быстрого продвижения по небу», — пишут они.

Чем больше мы сможем найти таких объектов, тем лучше, поскольку некоторые из них окажутся на идеальной траектории для полёта межзвёздного перехватчика. Узнав подробности об объектах из других солнечных систем, мы можем кардинально изменить наше представление о Вселенной и нашем месте в ней.