Det kan finnas meteorer som reser med en bråkdel av ljusets hastighet när de träffar atmosfären

Det är ingen hemlighet att planeten jorden ibland möts av stenar från rymden som antingen exploderar i vår atmosfär eller slår mot ytan. Dessutom upplever vår planet regelbundet meteorregn närhelst dess bana får den att passera genom moln av skräp i solsystemet. Men det har också fastställts att jorden regelbundet bombarderas av föremål som är tillräckligt små för att gå obemärkt förbi - ungefär 1 mm i storlek.
Enligt en ny studie av Harvard-astronomerna Amir Siraj och Prof. Abraham Loeb , är det möjligt att jordens atmosfär bombarderas av större meteorer – 1 mm till 10 cm (0,04 till 4 tum) – som är extremt snabba. Dessa meteorer, hävdar de, kan vara resultatet av närliggande supernovor som gör att partiklar accelereras till subrelativistiska eller till och med relativistiska hastigheter - flera tusen gånger ljudets hastighet till en bråkdel av ljusets hastighet.
Deras studie, med titeln ' Observationssignaturer av subrelativistiska meteorer ', nyligen dök upp online och övervägs för publicering iAstrofysisk tidskrift. Deras arbete tar upp ett pågående mysterium inom astrofysik, vilket är huruvida utstötningen som skapas av en supernova kan accelereras till relativistiska hastigheter och färdas genom det interstellära mediet för att nå jordens atmosfär.

Konstnärens koncept av meteoriten som kommer in i jordens atmosfär. Kredit: University of Oxford
Förekomsten av dessa typer av meteorer, som skulle mäta cirka 1 mm i diameter (0,04 tum), har föreslagits av flera astronomer tidigare (som Lyman Spitzer och Satio Hayakawa). Frågan om de skulle kunna överleva resan genom det interstellära rymden eller inte har också studerats ingående. Som Siraj förklarade för Universe Today via e-post:
'Empiriska bevis tyder på att minst en supernova har regnat tunga element på jorden tidigare. Supernovor är kända för att släppa ut betydande mängder damm vid subrelativistiska hastigheter. Vi ser också tecken på klumpighet eller 'kulor' i supernovautkast. Bråkdelen av massan som finns i små klumpar är okänd, men om bara 0,01 % av stoftutkastet finns i föremål av millimeterstorlek eller större, skulle vi förvänta oss att en dyker upp i jordens atmosfär som en subrelativistisk meteor varje månad (baserat på på hastigheten för supernovor i Vintergatans galax).
Trots att den har en god teoretisk grund kvarstår frågan om meteorer som är större än ett dammkorn kommer in i jordens atmosfär med subrelativistiska eller relativistiska hastigheter. Dessa skulle vara meteorer som mäter 1 mm (0,04 tum), 1 cm (0,4 tum) eller 10 cm (4 tum) i diameter. Mycket av problemet har att göra med vår nuvarande sökmetodik, som helt enkelt inte är inställd för att leta efter den här typen av objekt.
'Meteorer färdas vanligtvis nära 0,01% av ljusets hastighet', sa Siraj. 'Därför är aktuella sökningar inställda för att hitta signaler från föremål som rör sig med den hastigheten. Meteorer från supernovor skulle färdas hundra gånger snabbare (cirka 1 % av hastighetsljuset), och därför skulle deras signaler skilja sig betydligt från typiska meteorer, vilket gör att de lätt missas av aktuella undersökningar.”

Meteorer är bitar av komet- och asteroidskräp som träffar atmosfären och brinner upp i en blixt. Kredit: Jimmy Westlake
För sin studies skull utvecklade Siraj och Loeb en hydrodynamisk och strålningsmodell för att spåra utvecklingen av heta plasmacylindrar som är resultatet av subrelativistiska meteorer som passerar genom vår atmosfär. Utifrån detta kunde de beräkna vilken typ av signaler som skulle produceras och därigenom ge en indikation på vad astronomer skulle vara på jakt efter. Som Siraj förklarade:
'Vi finner att en subrelativistisk meteor skulle ge upphov till en stötvåg som kan fångas upp av en mikrofon, och även en ljus blixt av strålning som är synlig i optiska våglängder - båda varar i ungefär en tiondels millisekund. För meteorer så små som 1 mm kan en liten optisk detektor (1 kvadratcentimeter) lätt upptäcka ljusblixten ut mot horisonten.'
Med detta i åtanke fortsatte Siraj och Loeb med att skissera vilken typ av infrastruktur som skulle göra det möjligt för astronomer att bekräfta existensen av dessa objekt och studera dem. Till exempel skulle nya undersökningar kunna inkludera infraljudsmikrofoner och optiskt-infraröda instrument som skulle kunna detektera den akustiska signaturen och optiska blixtar som skapas av dessa objekt som kommer in i vår atmosfär och de resulterande explosionerna.
Baserat på deras beräkningar rekommenderar de att ett globalt nätverk av cirka 600 detektorer med täckning över hela himlen skulle kunna upptäcka några av dessa typer av meteorer per år. Det finns också möjlighet att söka igenom befintliga data efter tecken på subrelativistiska och relativistiska meteorer. Sist men inte minst finns möjligheten att använda befintlig infrastruktur för att leta efter tecken på dessa objekt.

Karta som visar plats och energi för meteorexplosioner som upptäckts av CNEOS. Kredit: NASA/CNEOS
Ett bra exempel på detta, förklarade Siraj, finns i NASA Centrum för jordnära objektstudier (CNEOS) nätverk och databas:
Dessutom noterar vi att den amerikanska regeringens globala klassificerade nätverk av sensorer (inklusive mikrofoner och optiska detektorer) som tillhandahåller CNEOS Fireball och Bolide Database sannolikt består av en kapabel befintlig infrastruktur. Vi uppmanar den amerikanska regeringen att avklassificera bredare delar av CNEOS-data så att forskare kan söka efter subrelativistiska meteorer utan att spendera mer skattebetalarnas pengar för att utveckla ett nytt globalt nätverk – med ett redan i drift!
Vinsten för detta skulle vara inget mindre än förmågan att studera en helt ny uppsättning objekt som regelbundet interagerar med jordens atmosfär. Det skulle också ge ett nytt perspektiv till studiet av supernovor genom att tillåta astronomer att sätta viktiga begränsningar på utstötningen de producerar. Med detta i åtanke verkar ett billigt, globalt nätverk av all-sky-kameror väl värt investeringen!
Vidare läsning: arXiv