Interstellare Objekte (ISOs) haben seit dem Erscheinen von 'Oumuamua' im Jahr 2017, dem ersten bestätigten ISO, das das Sonnensystem durchquerte, das Interesse der Wissenschaftler geweckt. 2019 folgte 'Komet 2i/Borisov', der die einzigen beiden bekannten ISOs darstellt, die unser kosmisches Nachbarschaft besucht haben.
Allerdings haben zahllose ISOs wahrscheinlich im Laufe der Geschichte das Sonnensystem durchquert, und zukünftige Besuche werden aufgrund von Fortschritten in den Beobachtungsmöglichkeiten, wie dem Vera Rubin Observatorium, erwartet.
Die Möglichkeit, dass ein ISO oder ein einsamer Planet ein permanentes Mitglied des Sonnensystems wird, hängt vom Phasenraum ab, einem mathematischen Rahmen, der dynamische Systeme wie planetarische Orbits beschreibt. Die Trajektorien und Interaktionen von ISOs innerhalb dieses Raums können zu temporärem oder permanentem Fang führen.
Der Phasenraum umfasst alle möglichen orbitalen Konfigurationen um die Sonne, wobei Position und Impuls als Koordinaten verwendet werden. Innerhalb dieses komplexen Rahmens gibt es zwei Arten von Fangpunkten.
Die ersten sind schwache Fangpunkte, die es Objekten ermöglichen, vorübergehend in halb-stabilen Orbits einzutreten, oft in der Nähe der Grenzen von Gravitationsfeldern.
Die zweiten sind permanente Fangpunkte. Objekte, die hier gefangen sind, bleiben gravitationell unendlich in stabilen Orbits gebunden.
Permanenter Fang tritt auf, wenn der Winkelimpuls und die Energie eines Objekts genau mit diesen Regionen übereinstimmen. Subtile Veränderungen im Phasenraum können Objekte zwischen schwachem und permanentem Fang verschieben, wobei Variablen wie die exzentrizität der Umlaufbahn und die Halbachsen eine bedeutende Rolle spielen.
Eine Studie von Edward Belbrun von der Yeshiva University und James Green von Space Science Endeavors untersucht diese Dynamik. Ihre Forschung mit dem Titel 'Permanenter Fang im Sonnensystem' befasst sich mit der theoretischen Mechanik des Phasenraums und der Fang von ISOs.
Die Autoren beschreiben den permanenten Fang als die ständige Bindung eines kleinen Körpers aus dem interstellaren Raum an die Sonne, die auftritt, wenn der Körper nicht in den interstellaren Raum entkommen kann und für alle Zukunft im Sonnensystem gefangen bleibt, wobei er sich in diesem Raum bewegt, ohne mit der Sonne zu kollidieren.
Im Gegensatz zu früheren Studien, die sich auf Jupiter als drittes Körper im Drei-Körper-Problem konzentrierten, berücksichtigt diese Forschung die Gezeitenkräfte der Galaxie und bietet neue Einblicke. Diese Kräfte beeinflussen erheblich die Struktur des Phasenraums und erhöhen das Potenzial für die Fang von ISOs.
Einsame Planeten sind im kosmischen Raum weit verbreitet aufgrund der frühen planetarischen Zerstreuung und gravitativen Wechselwirkungen.
Die endgültige Architektur eines jeden Sonnensystems wird durch die Zerstreuung der Planeten und die Vorbeiflüge von sich bildenden Sternensystemen geprägt, da solche engen Begegnungen Planeten und kleine Körper aus Systemen herausziehen und das schaffen, was als einsame Planeten bezeichnet wird. Dies deutet darauf hin, dass einsame Planeten die Anzahl der Sterne übertreffen könnten, obwohl die Autoren anmerken, dass diese Behauptung etwas umstritten ist.
Nahegelegene Sterne passieren häufig in der Nähe des Sonnensystems, wobei in den nächsten 50.000 Jahren sechs solcher engen Begegnungen prognostiziert werden. Diese Begegnungen könnten Objekte aus dem Oort-Wolke entfernen oder die Fang von ISOs durch die Hill-gravitationsregion der Sonne erleichtern, die sich 3,81 Lichtjahre in Richtung oder weg vom galaktischen Zentrum erstreckt.
Neue Forschungen zeigen auch, dass ISOs oder einsame Planeten schwach im Sonnensystem gefangen sein könnten, chaotisch umherziehend, während sie Kollisionen vermeiden. Solche Eindringlinge könnten planetarische Orbits stören und sichtbare Spuren hinterlassen.
Das Vera Rubin Observatorium könnte unser Verständnis von ISOs transformieren, indem es ihre Verteilung und ihr Potenzial als langfristige Bewohner des Sonnensystems offenbart. Mit fortgeschrittener Forschung wird die Idee, dass ein besuchendes interstellares Objekt ein permanenter Nachbar wird, zunehmend plausibel.