پژوهشی جدید از دانشگاه ایالتی میشیگان نشان می‌دهد که احتمال برخورد اجرام میان‌ستاره‌ای با زمین فراتر از برآوردهای گذشته است. بر اساس یافته‌ها، مناطق استوایی و نیمکره شمالی در معرض خطر بیشتری قرار دارند و فصل زمستان بیشترین احتمال برخورد را دارد.

تا به امروز سه جرم میان‌ستاره‌ای (interstellar objects) شناخته‌شده وارد بخش درونی منظومه شمسی شده‌اند. نخستین آن‌ها، اوموآموا (Oumuamua)، در سال ۲۰۱۷ ظاهر شد. دومین جرم، دنباله‌دار میان‌ستاره‌ای ۲آی/بوریسوف (2l/Borisov) بود که در سال ۲۰۱۹ رصد شد، و سومین نمونه، دنباله‌دار ۳آی/اطلس (3I/Atlas) است که هم‌اکنون در حال عبور از نواحی گرم‌تر و نزدیک به خورشید است.

دانشمندان معتقدند در طول ۴.۶ میلیارد سال تاریخ منظومه شمسی، تعداد بی‌شماری از این اجرام از نزدیکی خورشید و دیگر سیارات عبور کرده‌اند و احتمالا تعدادی از آن‌ها نیز با زمین برخورد کرده‌اند. برخی از دهانه‌های برخوردی باستانی، از جمله دهانه عظیم وردفورت (Vredefort impact structure) و در آفریقای جنوبی، ممکن است حاصل چنین برخوردهایی باشند.

در حال حاضر منظومه شمسی نسبت به دوران اولیه شکل‌گیری‌اش آرام‌تر شده است. در آن دوران، برخوردهای شدید میان اجرام سنگی، باعث شکل‌گیری سیارات شدند. اما اکنون، با کاهش مواد سنگی و برخوردها، خطرات درون منظومه شمسی کمتر است.
اما این وضعیت برای اجرام میان‌ستاره‌ای صدق نمی‌کند؛ هیچ مدرکی وجود ندارد که نشان دهد تعداد آن‌ها نسبت به گذشته کاهش یافته است. بنابراین احتمال برخورد آن‌ها با زمین همچنان یک تهدید بالقوه محسوب می‌شود. پرسش اینجاست: آیا راهی وجود دارد تا میزان این تهدید را اندازه‌گیری کرد؟

این تصویر جرم میان‌ستاره‌ای اوموآموا را در حال عبور از منظومهٔ شمسی نشان می‌دهد
تاکنون تنها سه جرم میان‌ستاره‌ای شناخته شده‌اند اما بدون تردید تعداد بسیار بیشتری از آن‌ها وجود دارد
سؤال اینجاست این اجرام چه خطری برای زمین دارند

در پژوهشی با عنوان توزیع اجرام میان‌ستاره‌ای دارای احتمال برخورد با زمین (The Distribution of Earth-Impacting Interstellar Objects)، گروهی از پژوهشگران به سرپرستی داریل سلیگمن (Darryl Seligman)، استادیار فیزیک و اخترشناسی دانشگاه ایالتی میشیگان، تلاش کردند احتمال برخورد و مسیر این اجرام را بررسی کنند. نتایج این تحقیق در پایگاه علمی arxiv.org منتشر شده است.

به گفته نویسندگان:

در این مقاله، عناصر مداری (orbital elements)، نقاط تابش (radiants) و سرعت‌ مورد انتظار برای اجرام میان‌ستاره‌ای دارای احتمال برخورد با زمین محاسبه شده است.

این پژوهش به تعیین تعداد این اجرام نمی‌پردازد، چرا که داده‌های کافی برای برآورد دقیق وجود ندارد؛ تمرکز اصلی بر روی بررسی الگوی توزیع مکانی و حرکت این اجرام است.

برای تعیین منشأ احتمالی این اجرام، تمرکز پژوهشگران بر حرکت ستارگان نوع M یا همان کوتوله‌های سرخ (red dwarfs) بوده است. این نوع ستارگان، فراوان‌ترین ستارگان در کهکشان راه شیری‌اند؛ بنابراین از نظر آماری منطقی است که بخش عمده‌ای از اجرام میان‌ستاره‌ای از منظومه‌های پیرامون این ستارگان به بیرون پرتاب شده باشند. هرچند پژوهشگران اذعان می‌کنند که این فرض تا حدی غیرقطعی است، زیرا داده‌های کافی درباره‌ی حرکت اجرام میان‌ستاره‌ای در دست نیست.

در این مطالعه، پژوهشگران جمعیتی مصنوعی شامل حدود ۱۰ میلیارد جرم میان‌ستاره‌ای با ویژگی‌های مشابه ستارگان نوع M ایجاد کردند و از میان آن‌ها حدود ۱۰ هزار جرم دارای احتمال برخورد با زمین را شناسایی کردند.

نتایج این شبیه‌سازی نشان داد که اجرام میان‌ستاره‌ای احتمالاً از دو منشأ اصلی وارد منظومه شمسی می‌شوند: یکی از سمت آماج خورشیدی (Solar Apex)، و دیگری از صفحه کهکشانی (Galactic Plane).

آماج خورشیدی جهتی است که خورشید در مسیر حرکت خود در کهکشان طی می‌کند؛ از آن‌جا که منظومه شمسی در این جهت حرکت می‌کند، احتمال برخورد اجرام میان‌ستاره‌ای از این سمت بیشتر است؛ درست مانند زمانی که هنگام رانندگی، قطرات باران بیشتری به شیشه جلو می‌خورند.

صفحه‌ی کهکشانی نیز ناحیه‌ای مسطح و دیسک‌مانند است که بیشتر ستارگان کهکشان در آن ناحیه قرار دارند؛ بنابراین ورود اجرام از این ناحیه نیز محتمل‌تر است. اجرامی که از سمت جلو نزدیک می‌شوند، سطح مقطع برخوردی بیشتری دارند و احتمال اصابتشان بالاتر است.

این شکل نقاط تابش اجرام میان‌ستاره‌ای دارای احتمال برخورد با زمین را نشان می‌دهد

شبیه‌سازی‌ها همچنین نشان می‌دهند که اجرام میان‌ستاره‌ای که از جهت راس خورشیدی و صفحه کهکشانی می‌آیند، معمولاً سرعت بالاتری دارند؛ با این حال، برخلاف انتظار، اجرامی که سرعت کمتری دارند، احتمال برخورد بیشتری با زمین دارند. علت این موضوع آن است که این دسته از اجرام، دارای مدارهای فوق‌العاده کشیده (hyperbolic) با خروج از مرکز پایین‌اند، پس نیروی گرانش خورشید روی اجرام کندتر تأثیر بیشتری دارد و می‌تواند این اجرام را به دام بیندازد و مسیرشان را طوری تغییر دهد که به زمین نزدیک شوند.

این شکل سرعت اجرام میان‌ستاره‌ای برخوردکننده با زمین را نشان می‌دهد

فصل‌های سال هم روی احتمال برخورد اجرام میان‌ستاره‌ای با زمین تأثیر دارند. اجرامی که با سرعت بیشتری حرکت می‌کنند، بیشتر در بهار به زمین می‌رسند، چون زمین در این فصل به سمت آماج خورشیدی حرکت می‌کند. اما در زمستان، احتمال برخورد تعداد بیشتری از اجرام وجود دارد، زیرا زمین در این زمان به سمت نقطه‌ مخالف آماج خورشیدی حرکت می‌کند.

این شکل سرعت اجرام میان‌ستاره‌ای دارای احتمال برخورد با زمین را در طول فصول نشان می‌دهد

اما کدام بخش از زمین در خطر بیشتری قرار دارد؟

به گفته‌ی پژوهشگران، مناطق نزدیک به عرض‌های جغرافیایی پایین، یعنی نواحی اطراف استوا، بیشترین خطر برخورد را دارند. همچنین احتمال اندکی بیشتر برای برخورد در نیم‌کره شمالی وجود دارد؛ جایی که نزدیک به ۹۰ درصد جمعیت انسانی زندگی می‌کنند.

این شکل تراکم برخورد اجرام میان‌ستاره‌ای در نقاط مختلف زمین را نشان می‌دهد

البته این نتایج تنها مربوط به اجرامی است که از سامانه‌های ستارگان M بیرون رانده شده‌اند. پژوهشگران توضیح می‌دهند که اگر فرض‌های حرکتی متفاوتی برای منشأ اجرام میان‌ستاره‌ای در نظر گرفته شود، توزیع آن‌ها نیز تغییر خواهد کرد. با این حال، ویژگی‌های اصلی نتایج احتمالاً برای سایر سناریوها نیز صادق است.

سلیگمن و همکارانش یادآوری می‌کنند که:

این پژوهش هیچ پیش‌بینی قطعی درباره‌ی تعداد واقعی اجرام میان‌ستاره‌ای برخوردکننده با زمین ارائه نمی‌دهد، زیرا هنوز اندازه‌گیری آن ممکن نیست.

با این حال، نتایج این تحقیق می‌تواند در مشاهدات آینده با تلسکوپ ورا روبین و برنامه بررسی میراث زمان و فضا (LSST) کاربرد داشته باشد، زیرا به اخترشناسان دیدی کلی از توزیع و جهت‌گیری احتمالی اجرام میان‌ستاره‌ای می‌دهد.

اکنون ما تازه در حال گشودن چشمان خود به روی دنیای اجرام میان‌ستاره‌ای هستیم.
این پژوهش تصویری مقدماتی از منشأ، مسیر و زمان احتمالی ورود اجرام میان‌ستاره‌ای دارای احتمال برخورد با زمین ارائه می‌دهد. با آغاز به کار مشاهدات دقیق‌تر در سال‌های آینده، اخترشناسان داده‌هایی به دست خواهند آورد که این یافته‌ها را تأیید و یا رد خواهند کرد.