Shmuel Bialy i Abraham Loeb sobre ‘Oumuamua (1I/2017 U1): la hipòtesi d’un veler interestel·lar

Astronomia: Ara fa un any, en aquestes planes, comentàvem la descripció de 1I/’Oumuamua, asteroide de trajectòria hiperbòlica pel qual es creà la categoria astronòmicament novedosa d’asteroide interestel·lar (d’ací la designació de 1I). A la designació provisional de 2017 U1 (PANSTARRS) s’afegeix la denominació de ‘Oumuamua, nom del missatger del passat de la mitologia hawaiana. Però si ara 1I/’Oumuamua torna a les planes de notícies és pel ressò que ha tingut un article difós per Shmuel Bialy i Abraham Loeb el 26 d’octubre, amb versió revisada del dia 30 en el que s’arriba a explorar la possibilitat que es tracti un veler artificial interestel·lar, és a dir d’un artefacte d’un altre civilització. Quan hi ha afirmacions d’aquest calibre hi ha un gran interès, com el que despertar, en el moment (1967) de la descoberta dels pulsars la suggerència que podien ésser autèntics fars còsmics artificials, o des de l’any passat tot l’interès que hi ha al voltant de l’estel KIC 8462852. El punt de partida sobre aquestes suggerents afirmacions sobre ‘Oumuamua és l’article de Micheli et al., publicat a Nature el passat de 27 de juny en el que es descriuen les discrepàncies de la trajectòria d’aquest petit planeta respecte d’una trajectòria kepleriana purament gravitacional. Concretament, Micheli et al. presentaven indicis d’una acceleració no-gravitacional (amb un nivell de significació de 30 sigmes). Micheli et al. descartaven que aquesta desviació respongués a la pressió de la radiació solar, a forces d’arrossegament o de fricció o interaccions magnètiques amb el vent solar. Més aviat, Micheli et al. pensaven que es tractava de l’efecte d’un comportament cometari, és a dir del despreniment de partícules volàtils. Bialy & Loeb discrepen de Micheli et al. en aquesta explicació i assumeixen el criteri que ‘Oumuamua no és de cap manera un cometa actiu. Així doncs, calculen si l’excés d’acceleració radial heliocèntrica no seria deguda a la pressió de la radiació solar. És sabut que 1I/’Oumuamua té una forma altament irregular, i Bialy & Loeb calculen què passaria si es tractés d’una “vela llumínica” de centenars de metres de diàmetre, però d’un gruix de 0,3-0,9 mm. Diuen que un objecte d’aquestes característiques podria resistir les condicions d’un viatge interestel·lar de vora 5 kiloparsecs de distància (15 anys-llum). Si realment l’excés d’acceleració radial es deu al vent solar, Bialy & Loeb conclouen ‘Oumuamua que es tractaria d’una sonda lleugera interestel·lar. En aquest cas, sí seria un missatger del passat d’una civilització extrasolar.

Trajectòria de 1I/’Oumuamua. En l’actualitat aquest objecte es trobaria ja entre les òrbites de Júpiter i Saturn

Shmuel Bialy i Abraham Loeb

Shmuel Bialy i Abraham Loeb treballen al Harvard Smithsonian Center for Astrophysics. Ja el desembre del 2017, Loeb havia proposat al Green Bank Telescope, de West Virginia, que explorés la banda de ràdio d’aquest objecte. Val a dir que els registres realitzats pel Green Bank Telescope el dia 13 de desembre, i els que havia fet dies abans l’Allen Telescope Array no havien detectat cap emissió d’origen artificial.

D’acord amb dades de Bailer-Jones et al. 1I/’Oumuamua podria tindre el seu origen, de fa un milió d’anys, a l’estel nan vermell HIP 3757 (que actualment és a uns 80 anys-llum del nostre Sistema Solar) o, alternativament, amb una antiguitat de 3,8 milions d’anys de HD 292249, un estel de dimensions més comparables al del nostre Sol. Existeixen, no obstant, altres candidats.

1I/’Oumuamua: característiques general

La descoberta d’aquest objecte es produí el 19 d’octubre del 2017. El seguiment permeté calcular-ne una trajectòria altament hiperbòlica, amb una excentricitat de 1,1956. S’estimà la velocitat d’entrada al Sistema Solar de 26 km/s. Com que aquesta és la velocitat relativa del Sistema Solar respecte del medi interestel·lar, això i la trajectòria hiperbòlica feren pensar gairebé d’immediat en un origen extrasolar. Hom creà, doncs, per aquest objecte la categoria I, per a asteroides interestel·lars, del qual aquest objecte n’era el primer (“1I”).

La descoberta d’aquest asteroide interestel·lar dugué a una reavaluació de l’estimació de la densitat d’objectes d’aquesta mida (100 m de diàmetre de mitjà) en l’espai interestel·lar, que ara es calcula en 2·1015 pc-3.

Però no només la trajectòria cridà l’atenció als observadors. També ho feren les variacions en la magnitud aparent i una certa complexitat en el període d’aquestes variacions. L’objecte té un elevat i accidental període de rotació. També ha d’ésser molt elongat, si més no amb un ratio 5:1, potser superior. De fet, no es coneix cap asteroide o cometa tan elongat en el nostre Sistema Solar.

Les dades de Micheli et al. (2018) indiquen que a la trajectòria gravitaròria hiperbòlica s’hi suma un excés d’acceleració que seria inversament proporcional al quadrat de la distància respecte del Sol. Micheli et al. pensen que això s’explicaria per l’emissió cometària de volàtils. Ara bé, 1I/’Oumuamua, va arribar a situar-se a 0,25 unitats astronòmiques del Sol en el seu periheli, i hom no trobà mai rastre, ja no d’una cua cometària sinó de línies espectrals d’emissió o absorció de gasos.

Micheli et al. també havien considerat, per descartar-la, una acceleració induïda per la pressió de la radiació solar. Ara Bialy & Loeb la reprenen. La pressió radiant produiria un excés d’acceleració inversament proporcional al quadrat de la distància del Sol respecte de la trajectòria purament gravitatòria. Ara bé, perquè aquest excés expliqués tota la desviació de 1I/’Oumuamua seria necessari que aquest objecte tingués una ratio massa:àrea molt petita. O, dit d’una altra manera, una àrea molt elevada respecte de la massa. De fet, Bialy & Loeb calcular que la m/A hauria d’ésser de 0,1 g·cm-2. Això és el mateix que suposar que l’objecte hauria d’ésser molt prim, amb un gruix de 0,3 a 0,9 mm. Una fulla tan prima d’amplada i llargada de centenars de metres no sembla un objecte gaire estable, tant per la tensió exercida per les forces rotacionals i mareals com per possibles impactes amb la pols i el gas interestel·lars.

Una acceleració per la radiació solar

Respecte d’una trajectòria kepleriana, Micheli et al. estimen que hi ha un excés d’acceleració (∆a):

∆a = 4,92·10-6 m·s-2 · (distància al Sol/unitats astronòmiques)-2.

Si això es degués a la pressió per radiació (P) aquesta seguiria:

P = (CR · Lluminositat solar) / 4·Pi·radi2·c

On CR és un coeficient que depèn de la composició i geometria de l’objecte, i c és la velocitat de la llum. Si l’objecte fos una fulla perpendicular a la direcció del Sol, aquest CR dependria de la reflectivitat de la fulla, que podria ésser un reflector perfecte (CR = 2) o un absorbidor perfecte (CR = 1) o d’un valor intermedi.

És a partir d’aquestes equacions, que Bialy & Loeb calcular que la m/A del full hauria de ser de 9,3·10-2·CR·g·cm-2.

Aquesta m/A exigiria que el gruix de l’objecte fos entre 0,3 i 0,9 mm. Si 1I/’Oumuamua tingués una densitat de 1 g·cm-3, el gruix hauria d’ésser de 0,3 mm, i si en tingués una densitat de 3 g·cm-3 el gruix seria de 0,9 mm.

L’àrea de 1I/’Oumuamua no és coneguda, ja que dependria de l’albedo d’aquest objecte. El radi efectiu de l’objecte dependrà també de l’albedo, així com la massa dependria de l’albedo i de la reflectivitat de l’objecte.

Quanta distància podria recórrer una vela llumínica d’aquestes dimensions en l’espai interestel·lar?

Bialy & Loeb tenen en compte les estimacions sobre la composició del medi interestel·lar en termes de densitat de gas. Bàsicament el gas interestel·lar consisteix en hidrogen (protons) i heli (nuclis de dos protons i dos neutrons). Com que la ratio de pols:gas en el medi galàctic és de 1:100, n’hi ha prou amb considerar l’efecte del gas interestel·lar sobre la vela llumínica. La vela podria creuar el gas intragalàctic uns 14 kpc abans de veure’s frenada.

La pols interestel·lar, però, és rellevant pels microimpactes que produiria en la vela. En els microimpactes es produiria la fusió i evaporació de material de la vela. La taxa de col·lisions, no obstant, seria prou baixa com perquè els microimpactes produissin més aviat deformacions més que no pas una reducció de la massa (a través de les perforacions). Bialy & Loeb pensen en materials carbonacis, com el grafit o el diamant.

Però hom també ha de considerar l’estrès tensil produït per forces centrífugues o mareals. 1I/’Oumuamua té un període de rotació de 6-8 hores, que generaria una força centrífuga considerable si fos un objecte tan prim com una vela llumínica. Però els càlculs de Bialy & Loeb consideren que la majoria de materials les podrien resistir, bo i més si en les equacions s’inclou l’efecte contrarestador de l’autogravetat.

En arribar a distàncies properes al Sol, l’objecte hauria patit forces mareals de consideració, que haurien estat una altra font d’estrès tensil. Tot i que és cert que la tensió mareal pot arribar a superar la tensió rotacional en la rodalia del Sol, tampoc aquesta força hauria estat insuportable per una vela llumínica de les dimensions teoritzades per Bialy & Loeb.

Que ho pugui ésser no vol dir que ho sigui

Bialy & Loeb ens ofereixen la plausibilitat d’una vela llumínica que solqui els espais interestel·lars sense que ni la interacció al material interestel·lar ni les forces rotacionals puguin frenar-la o destruir-la en distàncies inferiors a 10 kpc. En distàncies superiors la vela llumínica restaria frenada pel medi interestel·lar, i s’hi veuria arrossegat, però la seva integritat restaria indemne per un temps pràctiament il·limitat.

És clar que, ara com ara, ningú no té una idea clara de forma de 1I/’Oumuamua. Les representacions més plausibles són les d’un esferoide extremadament oblat (en forma de plat), o extremadament oblat i allargat (en forma de cigar). Fins i tot acceptant la possibilitat d’una vela llumínica, Bialy & Loeb admeten que també podria funcionar no tan sols com un full pla, sinó també com un full corbat en diferents formes (cònica, cilíndrica, el·lipsoidal).

Ara bé, si l’acceleració extragravitacional de 1I/’Oumuamua és deguda a la pressió de la radiació solar, llavors sí que caldria pensar que és un objecte interestel·lar prim d’una natura fins ara desconeguda. Aquests materials prims podrien originar-se de manera natural en el medi interestel·lar o en discs protoplanetaris?

Bialy & Loeb, assumint aquesta hipòtesi, s’inclinen però per considerar-ne l’origen artificial. Potser ‘Oumuamua és efectivament una vela llumínica. Qui sap si es tractaria de les restes d’un naufragi interestel·lar o fos senzillament el residu descartat d’un complex tecnològic avançat. Bialy & Loeb han tret aquesta idea de les veles solars dissenyades i construïdes a la Terra pel projecte IKAROS o per l’Starshot Initiative. Una civilització no gaire més avançada que la nostra podria utilitzar la tecnologia de les veles solar per al transport interplanetari de càrregues, i una de força més les podria aplicar en el transport interestel·lar.

Que 1I/’Oumuamua fos un artefacte residual d’una d’aquests vehicles de transport podria explicar la geometria atípica de l’objecte, la baixa emissió tèrmica i l’acceleració extragravitacional. Un objecte pla i d’alta reflectivitat respondria a la radiació solar.

D’acord amb les dades espectrals, 1I/’Oumuamua tindria una superfície rogenca, similar a la d’asteroides de tipus D i de cometes amb superfícies riques en materials orgànics. Bialy & Loeb diuen que aquesta coloració rogenca seria el resultat de la deposició d’una capa de pols interestel·lar damunt l’objecte.

La premsa, però, s’ha interessat més en una altra elucubració de Bialy & Loeb: que 1I/’Oumuamua sigui una sonda operativa enviada intencionalment a la Terra per una civilització alienígena. El matís respecte d’un objecte residual d’una civilització alienígena és rellevant. Si és un objecte enviat deliberadament, no caldria modificar per ell les nostres estimacions sobre la densitat de planetèssims en el medi interestel·lar.

Per descartar i altres hipòtesis fora bo tindre més observacions de 1I/’Oumuamua. Però ara l’objecte ja ha creuat l’òrbita de Júpiter i en els propers mesos creuarà l’òrbita de Saturn. Ni en els nostres telescopis més potents ja no poden obtindre imatges d’aquest objecte. Pel que fa a una missió interplanetària que s’hi acosti també s’ha tancat la finestra. L’alternativa, doncs, és intentar observar altres objectes de trajectòries hiperbòliques que arriben al nostre Sistema Solar. El Large Synoptic Survey Telescope (LSST) permetrà la cerca d’aquests objectes.

Lligams:

Could Solar Radiation Pressure Explain ‘Oumuamua’s Peculiar Acceleration. Shmuel Bialy, Abraham Loeb. arxiv.org/abs/1810.11490 (2018)

Aquesta entrada ha esta publicada en 1. L'Univers. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *

Aquest lloc utilitza Akismet per reduir el correu brossa. Aprendre com la informació del vostre comentari és processada