Las claves para detectar el origen de los objetos interestelares estrellados en la Tierra

Las agencias turísticas interestelares necesitarían usar un algoritmo que les permita planificar viajes a destinos dentro de la galaxia de la Vía Láctea pronosticando órbitas en el campo gravitacional de la galaxia. El cálculo proporcionaría un horario del viaje, incluidas las horas de llegada a varios destinos a lo largo del camino, con o sin propulsión. Si tales mapas existen, me encantaría verlos porque se podrían descifrar para inferir la distribución de la masa en la Vía Láctea, incluida la materia oscura invisible y los agujeros negros. Estos mapas deben ser dependientes del tiempo porque la Vía Láctea ganó masa a través de la coalescencia con galaxias cercanas, como la gran fusión con la llamada galaxia Gaia-Encélado-Salchicha que tuvo lugar hace unos 10.000 millones de años.

Los que me conocen te dirían que tengo poca afinidad con la ciencia ficción. Me gusta practicar la ciencia y leer ficción, pero no me gusta convertir la ciencia en una realidad virtual que distorsiona las leyes de la física en beneficio del placer artístico. La falta de un sistema judicial cósmico que penalice a aquellos que violan las leyes de la mecánica cuántica o la gravedad nos dice que estas leyes no se pueden romper, independientemente de nuestros deseos.

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Entonces, ¿por qué estoy considerando el turismo en la Vía Láctea? Porque durante la última década, los astrónomos han descubierto los primeros objetos interestelares que vinieron desde fuera del sistema solar y la siguiente pregunta es: "¿De dónde vienen estos objetos?"

Cuando se descubrió 'Oumuamua el 19 de octubre de 2017, muchas personas especularon sobre su estrella de origen basándose en su dirección de llegada al sistema solar. Esta justificación, sin embargo, es inútil por una simple razón. La Nube de Oort del sistema solar se extiende a mitad de camino hasta la estrella más cercana, Proxima Centauri. Por lo tanto, los análogos de la nube de Oort alrededor de otras estrellas están apretados, tocándose entre sí en el espacio interestelar como bolas de billar pegadas en una mesa de billar. A lo largo de cualquier línea desde el sistema solar a través de la Vía Láctea, hay miles de nubes de Oort que coincidieron con esa dirección. La información limitada que incluye solo la dirección de movimiento de un objeto interestelar no es suficiente para inferir su origen. Los objetos a las afueras de un sistema planetario son más fáciles de empujar al espacio interestelar con las patadas gravitacionales de las estrellas errantes.

La única manera de eliminar la ambigüedad sobre el origen de un objeto interestelar es conociendo la duración de su viaje, lo que permite reducir la longitud de su trayectoria y determinar su punto de partida. Los aficionados a la ciencia ficción podrían sugerir la búsqueda de una etiqueta que diga: "Hecho en el Exoplaneta X cerca de la estrella Y en el año Z después del Big Bang". Pero, como científico, busco una solución real. Me encontré con tal visión en la cubierta del barco "Silver Star" a mediados de junio de 2023, mientras dirigía una expedición en el Océano Pacífico para recuperar fragmentos de un objeto interestelar que chocó con la Tierra y apareció como un meteorito en nuestro cielo.

Los dos primeros meteoros interestelares, IM1 e IM2, fueron identificados por los satélites del Gobierno de los Estados Unidos el 8 de enero de 2014 y el 9 de marzo de 2017, respectivamente. Sus velocidades medidas cerca de la Tierra se tradujeron en velocidades de 60 y 40 kilómetros por segundo en relación con el Estándar Local de Descanso (LSR) de la Vía Láctea fuera del sistema solar. El LSR representa el marco que gira alrededor del centro de la Vía Láctea a una velocidad de unos 233 kilómetros por segundo a un radio orbital de 25.000 años luz.

Nuestra expedición oceánica recuperó alrededor de 50 miligramos de esférulas únicas de tipo 'BeLaU' del sitio de bolas de fuego de IM1 en el Océano Pacífico, como se describe en el último artículo de nuestro equipo de investigación. En nuestra próxima expedición al océano, nuestro objetivo será recuperar gramos de material de uno de los objetos interestelares, IM1 o IM2. Si IM1 o IM2 fueron el resultado de un proceso natural, como la interrupción de la marea de un planeta rocoso por una estrella enana descrita en el reciente artículo que publiqué con Morgan McLeod, entonces lo más probable es que estos objetos interestelares fueran expulsados al principio de la historia de su estrella madre. Averiguar la edad de los materiales meteoríticos proporcionaría un límite razonable para su tiempo de viaje.

La edad de los meteoritos se puede determinar a partir de isótopos radiactivos, como el uranio-238 (vida media de 4.500 millones de años, igual a la edad del sistema solar), el torio-232 (vida media de 14.000 millones de años, igual a la edad del Universo) o el samario-147 (vida media de 106 mil millones de años). La mayoría de las estrellas tienen edades que pueden ser marcadas por estos isótopos.

Conocer el vector de velocidad del objeto al entrar en el sistema solar, nos permite integrar la trayectoria hacia atrás en el tiempo a través de la duración del viaje en el espacio interestelar. Aquí es donde los mapas dependientes del tiempo de la distribución masiva de la Vía Láctea son muy útiles.

Además del movimiento circular ordenado de la LSR alrededor del centro de la Vía Láctea, los objetos interestelares exhiben derivas significativas de su vecindario de origen a lo largo de tiempos de viaje de millones a miles de millones de años. El tiempo orbital del Sol alrededor del centro de la Vía Láctea es de 220 millones de años. El sistema solar rodeó el centro galáctico 21 veces desde que nació hace 4.600 millones de años.

El movimiento de objetos interestelares como IM1 o IM2 en relación con el LSR da como resultado oscilaciones radiales periódicas en el llamado período epicíclico. Cerca del Sol, el período de oscilación epicíclica es de unos 160 millones de años. La excursión radial a lo largo de estos tiempos está dictada por el componente radial de la velocidad del objeto interestelar en relación con el LSR, y es de orden 10.000 años luz para IM1 e IM2. En la dirección perpendicular al plano de la Vía Láctea, el período de las oscilaciones verticales cerca del Sol es de unos 90 millones de años.

Las perturbaciones gravitacionales dependientes del tiempo al movimiento de IM1 e IM2, desde los brazos espirales galácticos, una barra galáctica o una fusión con otra galaxia, podrían desencadenar una migración radial, ya sea hacia o fuera del centro galáctico. Una migración radial hacia el interior a una velocidad promedio de solo un kilómetro por segundo permitiría a los objetos interestelares llegar al centro galáctico en 10.000 millones de años. Se espera que tales movimientos produzcan una mezcla radial significativa de estrellas en el disco de la Vía Láctea durante 10.000 millones de años.

Aquellos que deseen llegar a un destino al otro lado de la galaxia de la Vía Láctea en menos de mil millones de años, deben abordar una nave espacial con un motor que la impulsa a una velocidad de cientos de kilómetros por segundo en la dirección opuesta a la rotación galáctica, con el fin de cancelar la fuerza centrífuga que les impide cruzar el centro de la Vía Láctea. Tales velocidades son un orden de magnitud mayores que las proporcionadas por los cohetes químicos que han impulsado las cinco sondas interestelares de la NASA hasta el momento.

Nuestro modelo actual para la distribución de la masa de la Vía Láctea tiene incertidumbres que hacen que sea difícil asociar objetos interestelares con fuentes particulares durante períodos de viaje de miles de millones de años. Por lo tanto, si alguna vez encontramos otros trazadores que vinculen un objeto interestelar a una fuente astrofísica en particular, podríamos restringir la distribución de masa de la Vía Láctea mejor que hoy. Este sería el equivalente científico a encontrar mapas de agencias de turismo interestelares.

¡Estad atentos a los hallazgos de nuestra próxima expedición oceánica!

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Avi Loeb es jefe del proyecto Galileo, director fundador de la Iniciativa Black Hole de la Universidad de Harvard, director del Instituto para la Teoría y la Computación del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian y autor del bestseller Extraterrestrial: The first sign of intelligent life beyond earth.

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