Впечатление художника об Уумуамуа, первом известном межзвездном объекте, прошедшем через Солнечную систему. (ESO / М. КОРНМЕССЕР)

Миллиард лет в межзвездном пространстве: что мы знаем сегодня об Оумуамуа

Это то, что мы узнали из первого объекта, когда-либо обнаруженного, чтобы войти в нашу Солнечную систему из межзвездного пространства.

Миллиарды лет назад наша Солнечная система была необычайно отличным местом от того, что мы знаем сегодня. На Земле не было многоклеточных форм жизни: ни растений, ни животных, ни полового размножения. У Сатурна еще не было колец, поскольку столкновение, которое уничтожило одну из его гигантских лун, еще не произошло. И пояс астероидов был гораздо богаче, чем сегодня, полный скалистых тел, которые издавна гравитационно выбрасывались в межзвездное пространство.

Каждая Солнечная система, если мы понимаем, как они формируются правильно, имеет похожую историю. Небольшие каменистые тела, а также и ледяные тела, расположенные дальше, будут гравитационно толкаться вокруг планет и других объектов вокруг них. Многие из этих объектов будут выброшены, путешествуя через галактику, пока они случайно не попадут в окрестности другой, чужеродной солнечной системы. В 2017 году мы впервые обнаружили объект, проходящий через нашу Солнечную систему, который, возможно, произошел за ее пределами: межзвездный нарушитель 'Oumuamua. Вот что мы знаем об этом сегодня.

Объект, теперь известный как 'Oumuamua, первоначально назывался C / 2017 U1, когда он считался кометой, а затем A / 2017 U1, когда он считался астероидом. Сегодня он называется I / 2017 U1, поскольку это первый известный межзвездный (I) объект, посетивший нашу Солнечную систему. Он приблизился к нашей Солнечной системе сверху, пройдя 9 сентября ближе всего к Солнцу. Сейчас он на пути к Урану, предназначенному для выхода из Солнечной системы. (NASA / JPL-CALTECH)

Гавайское имя «Оумуамуа» необычайно запоминающееся и переводится как «разведчик или вестник из далекого прошлого». Когда мы увидели этот объект, проходящий через нашу Солнечную систему, он выскочил как непохожий на что-либо еще. Каждый найденный нами объект имеет орбиту относительно нашего Солнца. Четыре варианта:

  • круглая, с эксцентриситетом 0,
  • эллиптический, с эксцентриситетом от 0 до 1,
  • параболический, с эксцентриситетом ровно 1,
  • или гиперболический, с эксцентриситетом больше 1.

Мы нашли объекты во всех четырех классах, с гиперболическими объектами, соответствующими кометам, которые гравитационно ударили так, что они выйдут из Солнечной системы. Они имеют эксцентриситеты, немного превышающие 1, со значениями, такими как 1,0001 или около того.

Но когда мы впервые нашли Оумуамуа, мы поняли, что это что-то особенное. В отличие от всего остального, что мы когда-либо нашли, его эксцентриситет был 1,2.

Номинальная траектория межзвездного астероида 'Oumuamua, рассчитанная на основе наблюдений 19 октября 2017 года и далее. Наблюдаемая траектория отклоняется от ускорения, которое соответствует чрезвычайно малому значению ~ 5 микрон в секунду² по сравнению с тем, что было предсказано, но этого достаточно, чтобы требовать объяснения. (TONY873004 ВИКИМЕДИИ ОБЩИХ)

Другой способ понять, почему это было так необычно, - посмотреть на его скорость на выходе из Солнечной системы.

Если вы были объектом пояса Койпера, который взаимодействовал с другим огромным миром за пределами Нептуна или был обеспокоен самим Нептуном, вы могли бы гравитационно отсоединить его от нашей Солнечной системы, придав ему гиперболическую орбиту. Но его максимальная скорость при выходе из Солнечной системы будет порядка ~ 1 км / с. То же самое касается астероида, возмущенного Юпитером: он может разогнаться до нескольких (но менее 10) км / с после выхода из Солнечной системы, но не больше.

Для Оумуамуа? Когда он покинет Солнечную систему, его скорость составит 26 км / с, что невероятно много для чего-то, происходящего в нашем местном районе.

Планеты Солнечной системы вместе с астероидами в поясе астероидов вращаются вокруг одной и той же плоскости, делая эллиптические, почти круглые орбиты. За пределами Нептуна все становится все менее надежным. Но любой объект с происхождением Солнечной системы должен иметь максимальную скорость, поскольку он выходит из Солнечной системы, что должно быть намного ниже того, что мы наблюдали для Оумуамуа. (ИНСТИТУТ КОСМИЧЕСКОГО ТЕЛЕСКОПА, ГРАФИЧЕСКИЙ ОТДЕЛ.)

Другими словами, он должен иметь внелочное происхождение. Этот объект должен был прибыть из межзвездного пространства: из другой звездной системы, которая, вероятно, выбросила его неизвестно давно. Согласно нашим лучшим теоретическим моделям, таких объектов должно быть много миллиардов, по крайней мере, для каждой звезды в нашей галактике. Крайне вероятно, что многие из этих объектов проходят через нашу Солнечную систему ежегодно, но мы никогда не обнаруживали их раньше.

До 'Оумуамуа.

Анимация, показывающая путь межзвездного нарушителя, теперь известного как Уумуамуа. Сочетание скорости, угла, траектории и физических свойств - все это делает вывод, что это пришло из-за пределов нашей Солнечной системы. (НАСА / JPL - CALTECH)

Пройдя через Солнечную систему, он прошел внутрь к орбите Меркурия: очень близко к Солнцу. Поскольку наши телескопы редко сканируют очень близко к Солнцу, мы фактически не обнаружили его, пока он не перешел на другую сторону орбиты Земли, когда он уже выходил из Солнечной системы. Мы нашли его, когда он был почти в самой близкой точке нашего мира, на расстоянии всего 23 миллионов километров: примерно в 60 раз больше расстояния от Земли до Луны.

При ближайшем подходе он двигался невероятно быстро, достигая максимальной скорости 88 км / с: примерно в три раза больше скорости, с которой Земля вращается вокруг Солнца. И все же, несмотря на все это, нам невероятно повезло извлечь это из данных. Однако, как только мы получили эти первые признаки его существования - полученные из опроса Pan-STARRS - у нас была возможность проследить за этими наблюдениями с помощью большого количества мощных телескопов.

Обсерватория Pan-STARRS1 на вершине Халеакала Мауи на закате. Сканируя все видимое небо на небольшую глубину, но часто, Pan-STARRS может автоматически найти любой движущийся объект в нашей Солнечной системе выше определенной видимой яркости. Открытие Oumuamua было сделано именно таким образом, отслеживая его движение относительно фона неподвижных звезд. (РОБ РАТКОВСКИЙ)

Он был гораздо более красного цвета, чем почти все, что мы знаем: больше всего похоже на троянские астероиды, которые мы видим на орбите Юпитера. Он имеет цвет, отличный от известных нам ледяных миров, включая кентавров, комет и объекты пояса Койпера, которые мы находим в нашей собственной Солнечной системе. Но это также было невероятно скучно в некотором смысле, не показывая никаких молекулярных, абсорбционных или эмиссионных особенностей.

Было темно, было красным, и, комбинируя эту информацию с измерениями яркости и расстояния, которые мы взяли, астрономы могли определить ее размер. Он был меньше, чем практически все известные нам объекты, размером примерно в 100 метров. Наблюдения указывают на то, что пыли практически не должно быть вообще: самое большее, это была чайная ложка пыли микронного размера (0,000001 метра), испускаемая с ее поверхности. «Оумуамуа, каким бы он ни был, совершенно не похож на комету.

По мере того, как они вращаются вокруг Солнца, кометы и астероиды могут немного распадаться, при этом осколки между кусками вдоль траектории орбиты растягиваются со временем и вызывают метеорные дожди, которые мы видим, когда Земля проходит через этот обломочный поток. Одна из величайших загадок Oumuamua заключается в том, почему, когда он был изображен Спитцером (который взял изображение, показанное здесь), не было обнаружено никаких осколков любого типа: он был полностью точечным. (НАСА / JPL-CALTECH / W. REACH (SSC / CALTECH))

В течение октября 2017 года серия телескопов наблюдала ее яркость и то, как она менялась с течением времени. В течение примерно 3,6 часов его яркость периодически изменялась в 15 раз: неслыханно большое количество для кометы или астероида. Единственное объяснение состоит в том, что Оумуамуа должен быть чрезвычайно вытянутым вращающимся объектом. Без пыли, газовыделения или какого-либо механизма затемнения света от него просто должна быть некоторая разница в размере, зависящая от его ориентации. Когда мы видим «длинное» направление Оумуамуа, мы видим его в самом ярком; когда мы видим его «короткое» направление, мы видим его слабее.

Кривая блеска 'Oumuamua, справа, и предполагаемая, падающая форма и ориентация из самой кривой. (NAGUALDESIGN / WIKIMEDIA COMMONS)

Но потом все стало странно. Когда мы отследили путь Оумуамуа, мы обнаружили, что нормальная, совершенно гиперболическая орбита не совсем подходит. Было дополнительное ускорение, как будто что-то толкало его, в дополнение к влиянию гравитации. В то время как некоторые видные адвокаты выдвигали необычайно дикие объяснения, такие как пришельцы, это не то, что указывали данные.

Нам не нужно прибегать к фантастическим объяснениям, когда мир будет делать. То, что в нем не было комы - самой распространенной черты ледяных и каменных миров, которые нагреваются - не означает, что не может быть какой-либо формы выделения газа. При небольших размерах и большом расстоянии от Оумуамуа мы могли бы заключить, что вокруг него не было ореола газа, но мы не смогли бы обнаружить ни одной рассеянной струи выброса.

Комета 67P / CG, представленная Розеттой. «Уумуамуа очень отличается по форме, размеру и составу поверхности от этой кометы, но похожая на нее дроссельная струя, если она смещена от центра и смещена от оси, могла бы объяснить ее аномальное движение в противном случае. (ЕКА / РОЗЕТТА / NAVCAM)

Как мы можем объединить всю эту информацию, чтобы понять ее последовательно?

Это возможно, но требует сочетания факторов, которые мы никогда не видели раньше. В частности:

  • струя газа, как мы видели из кометы 67P / Чурюмов-Герасименко,
  • нет комы, и, следовательно, поверхность в значительной степени лишена летучих льдов,
  • происхождение из-за пределов Солнечной системы,
  • и тело, которое не просто вращается, но хаотично колеблется при движении через Солнечную систему.

Это возможно только в том случае, если из Оумуамуа появляется струя, которая не смещена относительно центра от оси этого вращающегося, падающего нарушителя.

Астероиды содержат некоторое количество летучих соединений и могут часто образовывать хвосты, когда они приближаются к Солнцу. Даже несмотря на то, что «Ууамууа может не иметь хвоста или комы, вполне вероятно, что астрофизическое объяснение его поведения связано с дегазацией и абсолютно не имеет ничего общего с инопланетянами. (ESA-SCIENCEOFFICE.ORG)

Невероятный вывод заключается не только в том, что Оумуамуа пришел из-за пределов нашей Солнечной системы, но и в том, что это было и редко, и часто Для отдельного объекта, такого как Оумуамуа, он, вероятно, никогда не подойдет так близко к другой Солнечной системе. Только один раз каждые 100 триллионов лет - примерно в 10000 раз больше нынешнего возраста Вселенной - он проходит так близко к звезде. Как сказал ученый Грегори Лафлин, «это было время жизни Оумуамуа».

Но для нашей Солнечной системы из-за огромного количества объектов, подобных этому, летящих через галактику, мы, вероятно, сталкиваемся с подобным столкновением несколько раз в год. 2017 год ознаменовался первым разом, когда мы увидели такой объект, но мы, вероятно, получили миллиарды из них за время существования нашей Солнечной системы. Некоторые из них, если бы природа была доброй, возможно, даже столкнулись с Землей.

В нашей галактике может пролететь до ~ 10 ⁵ объектов, подобных этому. Время от времени нам повезет встретить одного из них. Впервые мы на самом деле видели один для себя.

Starts With A Bang теперь на Forbes и переиздан на Medium благодаря нашим сторонникам Patreon. Итан является автором двух книг «За галактикой» и «Трекнология: Наука звездного пути от трикодеров до Варп Драйв».