Capture of interstellar objects in the Solar system
(2020) In Lund Observatory Examensarbeten ASTK02 20201Lund Observatory - Undergoing reorganization
- Abstract
- Research on InterStellar Objects (ISOs) has been done for several decades, however, the first observed ISO in the Solar system was only recently discovered in 2017. It was named 1I/'Oumuamua and was only passing though the Solar system, but this may not be the case for all objects of its kind. For instance, one could gain a bound orbit around the Sun if the right amount of nudge is acquired when passing by a planet.
The purpose with this thesis is to determine the capture rate of interstellar objects in the Solar system and the orbital features of captured objects. This has been done by N-body simulations where we include the four giant planets Jupiter, Saturn, Uranus and Neptune, and ISOs flying towards the Solar system from random... (More) - Research on InterStellar Objects (ISOs) has been done for several decades, however, the first observed ISO in the Solar system was only recently discovered in 2017. It was named 1I/'Oumuamua and was only passing though the Solar system, but this may not be the case for all objects of its kind. For instance, one could gain a bound orbit around the Sun if the right amount of nudge is acquired when passing by a planet.
The purpose with this thesis is to determine the capture rate of interstellar objects in the Solar system and the orbital features of captured objects. This has been done by N-body simulations where we include the four giant planets Jupiter, Saturn, Uranus and Neptune, and ISOs flying towards the Solar system from random directions.
One set of simulations is done regarding how captures happen, e.g. whether encountering a planet is necessary or not. The results suggest that a close encounter with a planet is essential for a capture to happen.
The contribution on capture rate from each planet is also studied by doing separated simulations with that planet. Maybe a bit surprisingly, the capture rate is not additive in that the overall capture rate of the Solar system is lower than the sum of that of each planet, though still higher than any individual planet. We suspect the reason could lie in increased possibility for encounters with the planets, which can cause quick ejections.
Then we calculate the actual capture rate assuming a Maxwellian velocity distribution for the ISOs with a dispersion of 30 km/s, and the resulting volume capture rate is 0.0120(3) au^3/yr. Therefore, with a current estimate for number density of 0.1 au^-3 for 'Oumuamua-like objects, we expect to capture 1200 objects per Myr. The orbit of captures are typically very eccentric with large semi-major axis. These captured objects may then encounter planets frequently, and as a result, get ejected from the Solar system within a few Myr. (Less) - Popular Abstract (Swedish)
- Forskning inom interstellära objekt, det vill säga objekt som har sitt ursprung utanför vårt solsystem, har pågått under decennier, men det var inte förrän 2017 som det första interstellära objektet i solsystemet upptäcktes. Det fick namnet 1I/'Oumuamua och skapade ett stort intresse både inom forskarvärlden och hos allmänheten. Två år senare, 2019, upptäcktes det andra och senaste interstellära objektet i solsystemet, som fick namnet 2I/Borisov. Både 'Oumuamua och Borsiov har och kommer däremot bara att passera solsystem under deras resa genom rymden. Den fråga man kan ställa sig då är hur stor sannolikheten är att ett interstellärt objekt istället fångas upp av solsystemet och hamnar i en stabil omloppsbana runt solen?
Syftet med... (More) - Forskning inom interstellära objekt, det vill säga objekt som har sitt ursprung utanför vårt solsystem, har pågått under decennier, men det var inte förrän 2017 som det första interstellära objektet i solsystemet upptäcktes. Det fick namnet 1I/'Oumuamua och skapade ett stort intresse både inom forskarvärlden och hos allmänheten. Två år senare, 2019, upptäcktes det andra och senaste interstellära objektet i solsystemet, som fick namnet 2I/Borisov. Både 'Oumuamua och Borsiov har och kommer däremot bara att passera solsystem under deras resa genom rymden. Den fråga man kan ställa sig då är hur stor sannolikheten är att ett interstellärt objekt istället fångas upp av solsystemet och hamnar i en stabil omloppsbana runt solen?
Syftet med detta projektet är att studera hur frekvent interstellära objekt fångas upp av solsystemet och undersöka hur en typisk omloppsbana ser ut för ett fångat interstellärt objekt. Detta genomförs med hjälp av simuleringar där vi följer utvecklingen för miljontals interstellära objekt som genereras jämt över en sfär som omger solsystemet, och där varje objekts hastighetsriktning är slumpvalt riktat inåt mot solsystemet.
De planeter som vi inkluderar i vår studie är de fyra yttre planeterna, Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptunus. Hur mycket varje planet påverkar frekvensen av fångade interstellära objekt kommer även att analyseras. Två mindre studier kommer även att genomföras, där den ena handlar om hur interstellära objekt fångas upp, t.ex. om en nära interaktion med en planet är nödvändig, medan den andra gäller vad som sker med fångade interstellära objekt på lång sikt, t.ex. om de slungas åter ut i yttre rymden.
Upptäckterna av 'Oumuamua och Borisov, har bidragit med mycket ny kunskap, men det finns fortfarande delar inom området där vi vet mindre. Ett av dem är just frekvensen av interstellära objekt som fångas upp av solsystemet, som i nuläget det bara finns en studie på. Det är därför viktigt att bidra med mer kunskap som potentiellt kan driva forskning inom interstellära objekt framåt. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9015248
- author
- Petersson, Jonathan LU
- supervisor
-
- Daohai Li LU
- organization
- course
- ASTK02 20201
- year
- 2020
- type
- M2 - Bachelor Degree
- subject
- keywords
- interstellar objects
- publication/series
- Lund Observatory Examensarbeten
- report number
- 2020-EXA164
- language
- English
- id
- 9015248
- date added to LUP
- 2020-06-22 10:17:39
- date last changed
- 2020-06-22 10:17:39
@misc{9015248,
abstract = {{Research on InterStellar Objects (ISOs) has been done for several decades, however, the first observed ISO in the Solar system was only recently discovered in 2017. It was named 1I/'Oumuamua and was only passing though the Solar system, but this may not be the case for all objects of its kind. For instance, one could gain a bound orbit around the Sun if the right amount of nudge is acquired when passing by a planet.
The purpose with this thesis is to determine the capture rate of interstellar objects in the Solar system and the orbital features of captured objects. This has been done by N-body simulations where we include the four giant planets Jupiter, Saturn, Uranus and Neptune, and ISOs flying towards the Solar system from random directions.
One set of simulations is done regarding how captures happen, e.g. whether encountering a planet is necessary or not. The results suggest that a close encounter with a planet is essential for a capture to happen.
The contribution on capture rate from each planet is also studied by doing separated simulations with that planet. Maybe a bit surprisingly, the capture rate is not additive in that the overall capture rate of the Solar system is lower than the sum of that of each planet, though still higher than any individual planet. We suspect the reason could lie in increased possibility for encounters with the planets, which can cause quick ejections.
Then we calculate the actual capture rate assuming a Maxwellian velocity distribution for the ISOs with a dispersion of 30 km/s, and the resulting volume capture rate is 0.0120(3) au^3/yr. Therefore, with a current estimate for number density of 0.1 au^-3 for 'Oumuamua-like objects, we expect to capture 1200 objects per Myr. The orbit of captures are typically very eccentric with large semi-major axis. These captured objects may then encounter planets frequently, and as a result, get ejected from the Solar system within a few Myr.}},
author = {{Petersson, Jonathan}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
series = {{Lund Observatory Examensarbeten}},
title = {{Capture of interstellar objects in the Solar system}},
year = {{2020}},
}