Conocemos eventos como la colisión de dos estrellas de neutrones que dan como resultado un agujero negro, también la colisión de agujeros negros y la colisión de galaxias. Pero nunca vemos un satélite como una luna chocando con un planeta, o un planeta chocando con una estrella, o un satélite artificial chocando con la Tierra.
¿No pueden estos cuerpos celestes (como los agujeros negros o las estrellas de neutrones) seguir girando entre sí? ¿Qué los hace chocar? ¿Hay algo más que la gravedad responsable de esto?
Las estrellas de neutrones son uno de los posibles productos finales de la evolución de estrellas mayores de alrededor de 8 masas solares.
Si comienza con un par binario cercano de estas estrellas bastante masivas, que no son comunes, pero tampoco son raras, la estrella más masiva evolucionará a un gigante rojo y las mareas (o incluso la fricción) en el sobre extendido las atraerá. más juntos. La gigante roja eventualmente se convertirá en una supernova y puede producir una estrella de neutrones. Más tarde, la estrella originalmente menos masiva hará lo mismo, resultando a veces en un par binario muy cercano de estrellas de neutrones. (O, a veces, un par de estrellas de neutrones/enanas blancas ).
El binario cercano emitirá una energía orbital significativa en ondas gravitacionales, lo que hará que las estrellas de neutrones giren en espiral una hacia la otra y, finalmente, se unan.
La razón por la que no se sientan allí orbitando de manera estable como lo hacen los planetas es porque son muy masivos y están muy juntos y, en consecuencia, se orbitan entre sí muy rápidamente. Dado que la intensidad de la emisión de ondas gravitacionales depende de la masa del cuerpo radiante y de su aceleración, los pares cercanos de estrellas de neutrones pueden irradiar su energía orbital en "simples" cientos de millones de años. El mismo efecto ocurre exactamente con los planetas, pero debido a la menor masa y menor aceleración, el tiempo para irradiar energía significativa es mucho más largo que la edad actual del universo.
Es solo al azar. Los cuerpos celestes de ese tamaño normalmente no chocan entre sí. Simplemente siguen y siguen durante mucho tiempo.
Un mecanismo de colisión típico es cuando dos estrellas de neutrones se orbitan entre sí. Sus órbitas en realidad decaen lentamente con el tiempo, porque emiten ondas gravitacionales; es un proceso muy lento y lleva mucho tiempo. Cuando se acercan lo suficiente, se produce una colisión, o más bien se fusionan.
Tenga en cuenta que este es un evento raro.
Las respuestas anteriores respondieron al punto principal de cómo se producen las fusiones entre objetos compactos masivos (es decir, agujeros negros con agujeros negros, estrellas de neutrones con estrellas de neutrones, etc.). Todavía no hemos observado una fusión de un agujero negro con una estrella de neutrones, pero sin duda tales fusiones ocurren. Mi respuesta proporciona información adicional sobre el historial de detección de ellos y también responde a la pregunta sobre los satélites.
Como señala Florin, todas las fusiones de cuerpos compactos masivos son eventos raros. Sin embargo, la cantidad de estrellas en el Universo es alucinantemente grande, por lo que "evento raro" x "gran población" significa que hay muchos eventos de este tipo que ocurren en todo el Universo todo el tiempo, pero apenas estamos comenzando a detectarlos con nuestro nivel actual de tecnología. ¡Es un momento muy emocionante para ser astrónomo!
El primer Observatorio de Ondas Gravitacionales con Interferómetro Láser (LIGO) comenzó a operar en 2002, buscando la firma reveladora de ondas gravitacionales de la fusión de dos agujeros negros. Después de 8 años, todavía no había detectado una sola onda g. Luego se desarrolló un LIGO avanzado ("aLIGO") con aproximadamente cuatro veces la sensibilidad del LIGO anterior, y comenzó a recopilar datos en septiembre de 2015. Casi de inmediato (de hecho, mientras aún estaban realizando pruebas antes de su lanzamiento formal) !) aLIGO detectó la firma de ondas gravitacionales de la fusión de dos agujeros negros de masa estelara más de mil millones de años luz de la Tierra. Tres meses después, aLIGO detectó una segunda fusión y, desde entonces, se han detectado otras tres fusiones de agujeros negros. Y en agosto de 2017 aLIGO detectó la colisión de dos estrellas de neutrones .
Se espera que durante la próxima década, las mejoras mejoradas adicionales a la red LIGO (las propuestas "A+") casi dupliquen la sensibilidad de aLIGO, por lo que podemos esperar que se detecten fusiones/colisiones de objetos significativamente más compactos en el futuro.
Con respecto a los satélites artificiales que "colisionan" con la Tierra, vemos que esto sucede todo el tiempo, ¡a veces espectacularmente! Según la NASA , "Durante los últimos 50 años, un promedio de una pieza de escombros catalogada o rastreada cayó a la Tierra cada día".
Aproximadamente la mitad de los satélites artificiales de la Tierra están en órbita dentro de la exosfera , que se extiende desde aproximadamente 700 km a 10 000 km sobre el nivel del mar, o decenas de miles de km sobre la exosfera en órbita geosincrónica (como algunos satélites GPS y de comunicaciones). La exosfera es tan extremadamente delgada que las moléculas, en su mayoría hidrógeno, rara vez interactúan, por lo que ya no se comporta como un gas, no hay "clima" y la resistencia es mínima (aunque no cero). Las órbitas de los satélites en la exosfera y por encima se ven afectadas principalmente por el viento solar, la presión de la radiación, las variaciones en el campo gravitatorio de la Tierra (por ejemplo, de las altas cadenas montañosas) y la influencia gravitatoria del Sol y la Luna, todo lo cual puede conducir a una órbita que decae lentamente (perdiendo altura).
Desde 2002, EE. UU. requiere que los satélites geoestacionarios se muevan a una órbita de cementerio al final de su vida operativa, para alejarlos de los satélites operativos. Esto requiere un pequeño impulso de cohete para lograr 300 km adicionales de altitud.
Sin embargo, alrededor de 500 satélites operativos se encuentran en órbita terrestre baja ("LEO") con una altitud de 2.000 km o menos. LEO es la opción más simple y económica para la colocación de satélites, pero la desventaja es que la resistencia atmosférica se vuelve cada vez más relevante una vez que estás en la termosfera desde 80 km hasta aproximadamente 1000 km sobre el nivel del mar. La Estación Espacial Internacional orbita en esta capa, entre 350 y 420 km; los satélites de comunicaciones Iridium orbitan dentro de la termosfera superior a 780 km.
Para los satélites LEO, impulsarlos a una órbita de cementerio puede no ser práctico. Los satélites en órbitas más bajas perderán altitud con relativa rapidez y, por debajo de los 160 km de altitud, la órbita decaerá rápidamente y finalmente caerá en picado hacia la Tierra. Los satélites pequeños se quemarán al volver a entrar, pero es posible que los más grandes no se quemen por completo y puedan tocar el suelo intactos. Idealmente, estos satélites más grandes se someten a una salida de órbita planificada (un reingreso controlado) para estrellarse contra una parte remota del océano.
Wikipedia enumera los desechos espaciales más grandes que han vuelto a entrar en la atmósfera de la Tierra. Por ejemplo, las estaciones espaciales Salyut y Mir se desorbitaron con éxito en el Océano Pacífico. La estación espacial Skylab tuvo algo menos de éxito y se estrelló espectacularmente contra el interior de Australia en 1979.
Y a principios de este año, el 2 de abril de 2018, la estación espacial china Tiangong-1 ocupó los titulares de las noticias con su reingreso descontrolado como resultado de que China perdió su enlace de telemetría con la nave espacial. Los segmentos que no se quemaron en el reingreso se estrellaron en una parte remota del Pacífico Sur, pero esto fue completamente por accidente y no por diseño.