Novinky

Na čem pracujeme: Pochází proklamovaný interstelární bolid skutečně z mezihvězdného prostoru?

V loňském roce vzbudila rozruch v komunitě odborníků na meziplanetární hmotu studie označující jeden z bolidů zaznamenaných americkou vládní detekční sítí za těleso z mezihvězdného prostoru. Peter Brown z University of Western Ontario a Jiří Borovička z ASU tuto událost zevrubně přezkoumali a zabývají se otázkou, zda domněle mezihvězdné těleso skutečně přiletělo z galaktických dálav.

Na počátku 20. století se vedla v oboru meteorické astronomie velká debata o původu meteorických těles. Prvotní pokusy o určení drah totiž až podezřele často vedly na hyperbolická řešení, která by odpovídala původu mimo Sluneční soustavu. Časem se ukázalo, že šlo převážně o důsledek nepřesných měření a že drtivá většina meteorů, které jsou registrovány pozemními stanicemi, pochází ze Sluneční soustavy. Dokonce existují velmi rozsáhlé statistické studie, které nedokázaly v bohatých vzorcích meteorů s určenými drahami jednoznačně odlišit tělesa s původem mimo náš systém.

Tento závěr se týká přinejmenším populace milimetrových až centimetrových těles. U těles menších je situace mírně odlišná, z radarových pozorování bylo možné identifikovat celou řadu mikrometrových těles s mezihvězdným původem. Dokonce existuje práce oznamující tok částic z protoplanetárního disku kolem hvězdy β Pictoris. O nalétajících tělesech galaktického původu pak máme zcela jasné důkazy z družicových experimentů například na palubách sond Galileo, Cassini nebo Ulysses, které jednoznačně tělesa pocházející od jiných hvězd identifikovaly.

Nedávný objev dvou více než stometrových interstelárních objektů `Oumuamua a Borisov debatu o možných milimetrových až centimetrových interstelárních bolidech opět rozvířil. V loňském roce tak vyšla práce popisující bolid USG 20140108 tvrdící, že právě tato událost je zářným příkladem meteoroidu pocházejícího z hlubin Galaxie. Událost vzbudila senzaci i v médiích, neboť autoři původní studie získali prostředky na expedici vedoucí k objevení tohoto neobvyklého tělesa, které mělo dopadnout severně od ostrova Papua Nová Guinea.

Peter Brown a Jiří Borovička  se této události věnovali znovu a pečlivě přezkoumali veškerý důkazní materiál. Jak katalogové číslo naznačuje, jde o bolid zachycený americkou vládní detekční sítí 8. ledna 2014. Americká vládní síť bohužel pracuje s určitým stupněm utajení a tak vědcům nejsou k dispozici surová měření, ale pouze zpracované datové produkty. Uvedené údaje charakterizují pro daný časový okamžik pozici  tělesa v atmosféře (souřadnice a výšku), vektor průletové rychlosti a celkovou energii bolidu. Tyto údaje neobsahují nejistoty veličin. To poněkud komplikuje ověřování této ojedinělé události. Bolid  USG 20140108 není však jediným a porovnáním jiných záznamů z USG sítě s pozemními pozorováními je možné získat přinejmenším odhady nejistot určených parametrů.

Klíčem k odhalení, zda je  USG 20140108 interstelárního původu, je totiž zřejmě jeho vstupní rychlost. Ta podle údajů USG sítě činila téměř 45 km/s, což je velmi vysoká hodnota. Jde o druhý nejrychlejší bolid v USG databázi, přičemž jde o bolid se šestou nejmenší výškou – kombinace těchto dvou parametrů je extrémně neobvyklá. Rychlé bolidy se obvykle rozsvěcejí již ve vyšších výškách a naopak, ty pronikající hlouběji mívají významně nižší rychlosti.

Americká vláda k události nedávno odtajnila světelnou křivku, která sloužila jako podklad k určení  energie bolidu. Ta činila asi 0,11 kT ekvivalentu TNT. Křivka ukazuje tři dobře patrná zjasnění jen několik desetin sekundy po sobě. Celkovou energii je možné určit i z infrazvukových senzorů dostupných na celosvětové síti kontrolující dodržování zákazu testů jaderných zbraní. Hned na třech senzorech bylo možné jednoznačně detekovat průlet  USG 20140108, přičemž odvozené energie jsou přinejmenším o řád menší, než hodnota z databáze USG. V datech se začíná objevovat rozpor. Ten by bylo možné vysvětlit například neobvykle vysokou luminozitou bolidu, kdy by efektivita přeměny energie na záření musela dosáhnout kolem 70 % – opět neobvykle vysoké hodnoty.

Autoři práce prozkoumali celkově 17 bolidů, které byly pozorovány současně americkou vládní sítí a pozemními observatořemi. Z porovnání vyplývá, že výsledky v databázi USG vykazují systematický odklon. Údaje o uvedené rychlosti jsou spíše nadhodnoceny a to tím více, čím vyšší rychlost je uvedena. Podobně se zdá, že i pozice radiantu může být určena poměrně nepřesně, a to až s nejistotou kolem 30 stupňů. Naproti tomu výška bolidů se zdá být stanovena v souladu s pozemními pozorováními a nezdá se zde být žádný zajímavý trend. Kromě zmíněných 17 meteorů je třeba ještě zmínit bolid, který prolétl 18. prosince 2018 nad Beringovým mořem. Zde neexistují nezávislé údaje o rychlosti, ale hodnota uvedená původně v databázi USG (32 km/s) byla později snížena na méně než polovinu.

J. Borovička a P. Brown předpokládají, že skutečná rychlost  USG 20140108 byla ve skutečnosti o 10 až 15 km/s nižší. Současně by mohl být i radiant určen velmi nepřesně. To by již významně narušilo hypotézu o mezihvězdném původu.

Autoři však šli dále a modelovali poskytnutou světelnou křivku semiempirickým modelem vyvinutým v ASU. Klíčem světelné křivky byla zejména zjasnění, která svědčí o fragmentaci tělesa. J. Borovička vytvořil celou síť modelů a diskutoval jejich věrohodnost. Ukázalo se jako velmi obtížné popsat světelnou křivku tělesem přilétajícím velkou rychlostí. Mnohem lépe se výsledky shodovaly, pokud se uvažovaly vstupní rychlosti kolem 15 km/s. Řešení s vysokou vstupní rychlostí reprezentující světelnou křivku však existuje. Muselo by jít o těleso s vysokou hustotou odpovídající kovům. Současně by muselo jít o velmi aerodynamické těleso, aby téměř bez odporu proniklo až do nižších výšek atmosféry. Problémem kovových těles je ovšem jejich malá ochota fragmentovat, železné meteoroidy mají při průletu tendenci se snadno tavit a neustále „odkapávat“. USG 20140108 by tedy musel být složen z exotického materiálu odolnému vůči ablaci.

Vědecká práce často nedokáže dát definitivní odpovědi, ale dokáže posoudit věrohodnost fyzikálních scénářů. Occamově břitvě jsou tak předkládány dvě možnosti. Buď byl  USG 20140108 skutečně mezihvězdného původu, pak šlo ovšem o velmi exotické těleso po všech myslitelných stránkách, počínaje neobvykle odlehlými měřenými veličinami, konče neobvyklými fyzikálně-materiálovými vlastnostmi. Nebo jsou údaje USG sítě zatíženy velkou chybou, kterou lze prokázat statisticky, a ve skutečnosti byl pád  USG 20140108 pádem obyčejného chondritu, který však přiletěl mnohem menší rychlostí a měl svůj původ ve Sluneční soustavě. Ucelený řetězec důkazů je spíše na straně druhé možnosti. A tak se nabízí otázka, jak asi dopadne ohlášená expedice za hledáním mezihvězdného cestovatele.

Michal Švanda

Citace práce

P. Brown, J. Borovička, On the Proposed Interstellar Origin of the USG 20140108 Fireball, Astrophysical Journal v tisku, preprint  arXiv:2306.14267

Kontakt: RNDr. Jiří Borovička, CSc., jiri.borovicka@asu.cas.cz