Ny dannelsesteori forklarer det mystiske interstellare objekt Oumuamua

Siden opdagelsen i 2017, en luft af mystik har omgivet det første kendte interstellare objekt til at besøge vores solsystem, en langstrakt, cigarformet krop ved navn 'Oumuamua (hawaiisk for "en budbringer langvejs fra, der ankommer først").

Hvordan blev det dannet, og hvor kom det fra? En ny undersøgelse offentliggjort 13. april i Natur astronomi giver et første omfattende svar på disse spørgsmål.

Første forfatter Yun Zhang ved National Astronomical Observatories of the Chinese Academy of Sciences og medforfatter Douglas N. C. Lin ved University of California, Santa Cruz, brugt computersimuleringer til at vise, hvordan objekter som 'Oumuamua kan dannes under påvirkning af tidevandskræfter som dem, der mærkes af Jordens oceaner. Deres dannelsesteori forklarer alle 'Oumuamuas usædvanlige egenskaber.

"Vi viste, at 'Oumuamua-lignende interstellare objekter kan produceres gennem omfattende tidevandsfragmentering under tætte møder af deres moderkroppe med deres værtsstjerner, og derefter kastet ud i det interstellare rum, " sagde Lin, professor emeritus i astronomi og astrofysik ved UC Santa Cruz.

Opdaget den 19. oktober, 2017, af Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System 1 (Pan-STARRS1) på Hawaii, 'Oumuamua er absolut intet som noget andet i vores solsystem, ifølge Zhang. Dens tørre overflade, usædvanlig langstrakt form, og gådefulde bevægelser fik endda nogle videnskabsmænd til at spekulere på, om det var en rumvæsensonde.

"Det er virkelig et mystisk objekt, men nogle tegn, ligesom dens farver og fraværet af radioemission, peg på 'Oumuamua er et naturligt objekt, " sagde Zhang.

"Vores mål er at komme med et omfattende scenarie, baseret på velforståede fysiske principper, at samle alle de fristende ledetråde, " sagde Lin.

Astronomer havde forventet, at det første interstellare objekt, de opdagede, ville være et iskoldt legeme som en komet. Iskolde objekter som dem, der befolker Oort-skyen, et reservoir af kometer i det yderste af vores solsystem, udvikler sig i meget store afstande fra deres værtsstjerner, er rige på flygtige stoffer, og bliver ofte smidt ud af deres værtssystemer af gravitationsinteraktioner. De er også meget synlige på grund af sublimering af flygtige forbindelser, som skaber en komets koma (eller "hale"), når den opvarmes af solen. 'Oumuamuas tørre udseende, imidlertid, ligner klippelegemer som solsystemets asteroider, indikerer et andet udstødningsscenarie.

Andre forskere har beregnet, at der må være en ekstrem stor population af interstellare objekter som 'Oumuamua. "Opdagelsen af ​​'Oumuamua indebærer, at bestanden af ​​klippefyldte interstellare objekter er meget større, end vi tidligere troede, " sagde Zhang. "I gennemsnit, hvert planetsystem skulle i alt udskyde omkring hundrede billioner genstande som 'Oumuamua. Vi er nødt til at konstruere et meget almindeligt scenarie for at producere denne slags objekter."

Når en mindre krop passerer meget tæt på en meget større, tidevandskræfter fra den større krop kan rive den mindre fra hinanden, som det skete med kometen Shoemaker-Levy 9, da den kom tæt på Jupiter. Tidevandsafbrydelsesprocesserne kan skubbe noget affald ud i det interstellare rum, som er blevet foreslået som en mulig oprindelse for 'Oumuamua. Men hvorvidt en sådan proces kunne forklare 'Oumuamuas forvirrende egenskaber, forblev meget usikkert.

Zhang og Lin kørte computersimuleringer i høj opløsning for at modellere den strukturelle dynamik af et objekt, der flyver tæt på en stjerne. De fandt ud af, at hvis objektet kommer tæt nok på stjernen, stjernen kan rive den i stykker i ekstremt aflange fragmenter, som derefter skydes ud i det interstellare rum.

"Den aflange form er mere overbevisende, når vi overvejede variationen af ​​materialestyrke under stjernemødet. Forholdet mellem lang akse og kort akse kan være endnu større end ti til en, " sagde Zhang.

Forskernes termiske modellering viste, at overfladen af ​​fragmenter som følge af forstyrrelsen af ​​det oprindelige legeme ville smelte i meget kort afstand fra stjernen og rekondensere på større afstande. derved dannes en sammenhængende skorpe, der ville sikre den aflange forms strukturelle stabilitet.

"Varmediffusion under stjernernes tidevandsafbrydelsesproces forbruger også store mængder flygtige stoffer, som ikke kun forklarer 'Oumuamuas overfladefarver og fraværet af synlig koma, men belyser også den udledte tørhed af den interstellare befolkning, " sagde Zhang. "Ikke desto mindre, nogle flygtige stoffer med høj sublimationstemperatur begravet under overfladen, som vandis, kan forblive i en kondenseret form."

Observationer af 'Oumuamua viste ingen kometaktivitet, og kun vandis er en mulig udgasningskilde for at forklare dens ikke-gravitationelle bevægelse. Hvis 'Oumuamua blev produceret og slynget ud af scenariet med Zhang og Lin, masser af resterende vandis kunne blive aktiveret under dens passage gennem solsystemet. Den resulterende udgasning ville forårsage accelerationer, der matcher 'Oumuamuas kometlignende bane.

"Scenarioet med tidevandsfragmentering giver ikke kun en måde at danne en enkelt 'Oumuamua, men tegner sig også for den enorme befolkning af asteroidelignende interstellare objekter, " sagde Zhang.

Forskernes beregninger viser effektiviteten af ​​tidevandskræfter til at producere denne slags objekter. Mulige stamfædre, inklusive langtidskometer, affaldsskiver, og endda superjorder, kunne omdannes til stykker i Oumuamua-størrelse under stjernemøder.

Dette arbejde understøtter skøn over en stor population af 'Oumuamua-lignende interstellare objekter. Da disse objekter kan passere gennem domænerne af beboelige zoner, muligheden for, at de kunne transportere stof, der er i stand til at skabe liv (kaldet panspermi), kan ikke udelukkes. "Dette er et meget nyt felt. Disse interstellare objekter kunne give kritiske spor om, hvordan planetsystemer dannes og udvikler sig, " sagde Zhang.

Ifølge Lin, "'Oumuamua er kun toppen af ​​isbjerget. Vi forventer, at mange flere interstellare besøgende med lignende træk vil blive opdaget ved fremtidig observation med det kommende Vera C. Rubin-observatorium."

US Naval Academy-astronom Matthew Knight, som er medleder af 'Oumuamua International Space Science Institute-teamet og ikke var involveret i den nye undersøgelse, sagde, at dette arbejde "gør et bemærkelsesværdigt arbejde med at forklare en række usædvanlige egenskaber ved 'Oumuamua med en enkelt, sammenhængende model."

"Efterhånden som fremtidige interstellare objekter opdages i de kommende år, det vil være meget interessant at se, om nogen udstiller 'Oumuamua-lignende egenskaber. Hvis så, det kan tyde på, at de processer, der er beskrevet i denne undersøgelse, er udbredte, " sagde Knight.