Впечатление на художника от „Oumuamua, първият известен междузвезден обект, преминал през Слънчевата система. (ESO / M. KORNMESSER)

Милиард години в междузвездното пространство: какво знаем днес за Оумаамуа

Това научихме от първия обект, открит някога, за да влезе в нашата Слънчева система от междузвездното пространство.

Преди милиарди години нашата Слънчева система беше изключително различно място от това, което познаваме днес. Земята нямаше многоклетъчни форми на живот: няма растения, няма животни, няма сексуална репродукция. Сатурн все още нямаше пръстените си, тъй като сблъсъкът, който унищожи една от неговите гигантски луни, още не беше настъпил. А астероидният пояс беше много по-богат, отколкото е днес, пълен със скални тела, които отдавна са гравитационно изхвърлени в междузвездното пространство.

Всяка Слънчева система, ако разбираме как се образуват правилно, има подобна история. Малките скалисти тела - както и ледените, които са доминирани по-далеч - ще гравитират гравитационно около планетите и другите предмети около тях. Много от тези обекти ще бъдат изхвърлени, пътувайки през галактиката, докато на случаен принцип влязат в близост до друга, извънземна Слънчева система. През 2017 г. за първи път открихме обект, преминаващ през Слънчевата ни система, който трябва да е възникнал извън него: междузвезден интерлопер 'Oumuamua. Ето какво знаем за него днес.

Обектът, сега известен като „Oumuamua, първоначално се е наричал C / 2017 U1, когато се е смятало, че е комета, а след това A / 2017 U1, когато се е смятало за астероид. Днес той се нарича I / 2017 U1, тъй като това е първият известен междузвезден (I) обект, посетил нашата Слънчева система. Тя се приближи до нашата Слънчева система отгоре, минавайки най-близо до Слънцето на 9 септември. Сега е на път към Уран, предназначен да излезе от Слънчевата система. (НАСА / JPL-CALTECH)

Хавайското име „Oumuamua е изключително предизвикателно, превежда се като„ разузнавач или пратеник от далечното минало “. Когато видяхме този обект да минава през нашата Слънчева система, той изскочи като за разлика от всичко друго. Всеки обект, който някога сме намерили, има орбита по отношение на нашето Слънце. Четирите варианта са:

  • кръгла, с ексцентричност 0,
  • елиптичен, с ексцентриситет между 0 и 1,
  • параболичен, с ексцентричност точно 1,
  • или хиперболичен, с ексцентричност по-голям от 1.

Намерихме обекти и в четирите класа, като хиперболичните обекти съответстват на комети, които са били гравитационно ритани по такъв начин, че да излязат от Слънчевата система. Те имат ексцентриситети, малко по-големи от 1, със стойности като 1.0001 или повече.

Но когато за пръв път открихме „Оумаамуа, разбрахме, че е нещо специално. За разлика от всичко останало, което някога сме откривали, неговата ексцентричност беше 1,2.

Номиналната траектория на междузвезден астероид ʻOumuamua, изчислена въз основа на наблюденията от 19 октомври 2017 г. и по-нататък. Наблюдаваната траектория се отклонява от ускорение, което съответства на изключително малко ~ 5 микрона в секунда² спрямо прогнозираното, но това е достатъчно значимо, за да изисква обяснение. (TONY873004 ОТ WIKIMEDIA COMMONS)

Друг начин да разберете защо беше толкова необикновен е да погледнете скоростта му на излизане от Слънчевата система.

Ако бяхте обект на колан на Койпер, който взаимодействаше с друг масивен свят извън Нептун или бяхте смутен от самия Нептун, можете да го гравитационно развържете от нашата Слънчева система, давайки му хиперболична орбита. Но максималната му скорост при излизане от Слънчевата система би била от порядъка на ~ 1 км / с. Същата сделка за астероид, смутен от Юпитер: той може да достигне скорост от няколко (но по-малко от 10) км / с при излизане от Слънчевата система, но не по-голяма.

За 'Oumuamua? Когато напусне Слънчевата система, скоростта му ще бъде 26 км / с, невъзможно голям брой за нещо, произхождащо от местния ни квартал.

Планетите на Слънчевата система, заедно с астероидите в астероидния пояс, орбитират почти в една и съща равнина, правейки елиптични, почти кръгови орбити. Отвъд Нептун нещата стават прогресивно не толкова надеждни. Но всеки обект с произход на Слънчевата система трябва да има максимална скорост, тъй като излиза от Слънчевата система, която трябва да бъде далеч под тази, която наблюдавахме за 'Oumuamua. (ИНСТИТУТ ЗА ПРОСТРАН ТЕЛЕСКОП, ОТДЕЛ НА ГРАФИКАТА.)

С други думи, тя трябва да има излъчване от слънчева енергия. Този обект трябваше да идва от междузвездното пространство: от друга звездна система, която вероятно го изхвърли несъзнателно отдавна. Според нашите най-добри теоретични модели трябва да има много милиарди от тези обекти, поне за всяка една звезда в нашата собствена галактика. Изключително вероятно е много от тези обекти да преминават през нашата Слънчева система годишно, но никога досега не сме ги откривали.

До 'Oumuamua.

Анимация, показваща пътя на междузвездния интерлопер, сега известен като ʻOumuamua. Комбинацията от скорост, ъгъл, траектория и физически свойства довеждат до извода, че това идва отвъд нашата Слънчева система. (НАСА / JPL - КАЛТЕХ)

Когато влезе през Слънчевата система, тя премина вътре в орбитата на Меркурий: изключително близо до Слънцето. Тъй като нашите телескопи рядко сканират много близо до Слънцето, ние всъщност не го открихме, докато той не премине от другата страна на орбитата на Земята, когато вече беше на път да излезе от Слънчевата система. Открихме го, когато се намираше в почти най-близката му точка до нашия свят, на разстояние от едва 23 милиона км: около 60 пъти повече от разстоянието Земя-Луна.

Движеше се невероятно бързо при най-близко приближаване, достигайки максимална скорост от 88 км / сек: около три пъти по-голяма от скоростта, с която Земята обикаля около Слънцето. И въпреки това, за всичко това имахме невероятен късмет да го извадим от данните. След като имахме тези първоначални индикации за неговото съществуване, обаче - получени от проучването Pan-STARRS - имахме възможността да проследим тези наблюдения с множество големи, мощни телескопи.

Обсерваторията Pan-STARRS1 на върха Haleakala Maui по залез слънце. Чрез сканиране на цялото видимо небе до малка дълбочина, но често, Pan-STARRS може автоматично да намери всеки движещ се обект в нашата Слънчева система над определена явна яркост. Откриването на „Oumuamua е направено по точно този начин, като се проследява движението му спрямо фона на неподвижните звезди. (Роб РАТКОВСКИ)

Той беше далеч по-червен на цвят, отколкото почти всичко друго, което знаем: повечето подобни на троянските астероиди, които виждаме в орбита на Юпитер. Той има различен цвят от истинските ледени светове, които познаваме, включително кентаврите, кометите и обектите на Койпер, които откриваме в нашата собствена Слънчева система. Но също така беше невероятно скучно в някакъв смисъл, като не показваше молекулярни, абсорбционни или емисионни характеристики.

Беше тъмно, беше червено и чрез комбиниране на тази информация с измерванията на яркостта и разстоянието, които астрономите можеха да определят нейния размер. Той беше по-малък от практически всеки обект, който познаваме, с размери около 100 метра. Наблюденията показват, че на практика не е трябвало да има прах изобщо: най-много е трябвало да се излъчва прах с големина на микрона (0,000001 метра) от повърхността му. „Оумаамуа, какъвто и да е произходът му, определено изобщо не беше като комета.

Докато обикалят около Слънцето, кометите и астероидите могат да се разпаднат малко, като остатъци между парчетата по пътя на орбитата се разтягат във времето и причиняват метеорни душове, които виждаме, когато Земята преминава през този отломък. Една от страхотните загадки на „Оумаамуа“ е защо, когато беше представен от Спитцер (който направи изображението, показано тук), не бяха забелязани никакви отломки: той беше изцяло приличащ на точка. (НАСА / JPL-CALTECH / W. REACH (SSC / CALTECH))

През месец октомври 2017 г. серия телескопи наблюдаваха яркостта му и как тя се променя с течение на времето. За времеви интервал от около 3,6 часа яркостта му се променяше периодично с коефициент 15: нечувано голямо количество за комета или астероид. Единственото обяснение е, че „Oumuamua трябва да бъде изключително продълговат, въртящ се обект. Без прах, гази или някакъв механизъм за затъмняване на светлината от нея, трябва просто да има някаква разлика в размера, зависима от нейната ориентация. Когато видим „дългата“ посока на „Оумаамуа“, ние я виждаме най-ярко; когато видим „късата“ му посока, ние го виждаме най-малко.

Кривата на светлината на „Oumuamua, вдясно, и изведената, изтъняла форма и ориентация от самата крива. (NAGUALDESIGN / WIKIMEDIA COMMONS)

Но тогава нещата станаха странни. Когато проследихме пътя на Оумаамуа, установихме, че нормална, перфектно хиперболична орбита не се вписва добре. Имаше допълнително ускорение, сякаш нещо го натискаше в допълнение към влиянието на гравитацията. Докато някои видни защитници изнесоха необикновени обяснения като извънземни, не точно това сочи данните.

Не е необходимо да прибягваме до фантастични обяснения кога светският ще се справи. Само защото не е имало кома - най-често срещаната черта на ледовете и скалите, които се нагряват - не означава, че не може да има някаква форма на гасене. При малкия размер и голямото разстояние на „Оумаамуа“ можем да заключим, че около него няма ореол газ, но нямаше да можем да открием нито една, дифузна струя на изхвърляне.

Комета 67P / CG, както е представена от Rosetta. „Оумаамуа е много различен по форма, размер и състав на повърхността от тази комета, но избухлива струя, подобна на тази, ако е извън центъра и извън оста, може да обясни иначе аномалното й движение. (ESA / ROSETTA / NAVCAM)

Как бихме могли да съберем цялата тази информация, за да я осмислим последователно?

Възможно е, но изисква комбинация от фактори, които никога не сме виждали досега. По-специално:

  • избухлива струя, каквато видяхме, произлизаща от вътрешността на Комета 67P / Чурюмов – Герасименко,
  • няма кома и следователно повърхност до голяма степен лишена от летливи ледове,
  • произход отвъд Слънчевата система,
  • и тяло, което не просто се върти, а се разпада хаотично, докато се движи през Слънчевата система.

Това е възможно само ако има струя, излизаща от „Oumuamua, и струята е извън центъра и извън оста от този въртящ се, преплитащ се интерлопер.

Астероидите съдържат някои количества летливи съединения и често могат да развият опашки, когато се приближават до Слънцето. Въпреки че ʻOumuamua може да няма опашка или кома, има голяма вероятност астрофизично обяснение за поведението му, което е свързано с аугсинг и няма абсолютно нищо общо с извънземните. (ESA-SCIENCEOFFICE.ORG)

Невероятният извод не е само, че „Оумаамуа е дошъл извън нашата Слънчева система, но и това е рядко и често. За отделен обект, като „Oumuamua, той вероятно никога повече няма да се доближи до друга Слънчева система. Само веднъж на всеки 100 трилиона години - около 10 000 пъти повече от сегашната епоха на Вселената - ще премине толкова близо до звезда. Както каза ученият Грегъри Лолин, „това беше времето на живота на Оумаамуа“.

Но за нашата Слънчева система, поради големия брой обекти като тази, летяща през галактиката, ние вероятно изпитваме близка среща като тази около няколко пъти годишно. 2017 г. бележи първия път, когато видяхме такъв обект, но вероятно сме получили милиарди от тях през целия живот на нашата Слънчева система. Някои от тях, ако природата беше любезна, може би дори са се сблъскали със Земята.

Възможно е да има толкова, колкото ~ 10²⁵ обекти като този, които летят през нашата галактика. Всеки толкова често ще имаме късмета да се сблъскаме с някой от тях. За първи път всъщност видяхме такъв за себе си.

Starts With A Bang вече е на Forbes и е публикуван отново на Medium благодарение на нашите привърженици на Patreon. Итън е автор на две книги: „Отвъд галактиката“ и „Трекнология: Наука за звезден път от трикрилите до Warp Drive“.