Astronomer tror endelig, at de forstår, hvor det interstellare objekt Oumuamua kom fra, og hvordan det blev dannet
»Oumuamua vakte en del opsigt, da det besøgte vores solsystem i 2017. Det blev dog ikke længe, og da det blev set med Pan-STARRS-teleskopet på Hawaii den 19. oktober, var det allerede på vej. Men dets udseende i vores del af universet affødte en masse formodninger om dets natur og dets oprindelse.
Noget af den formodning var direkte fjollet, men alligevel underligt overbevisende. Nogle begejstrede hjerner troede, at det kunne være et rumskib. Over tid sejrede køligere hoveder, og dens identitet som en artefakt af udenjordisk intelligens forsvandt fra overskrifter. Carl Sagans aforisme, at ' Ekstraordinære krav kræver ekstraordinære beviser ” holdt fast.
Nu har en seriøs videnskabelig undersøgelse af 'Oumuamuas natur afsløret dens sandsynlige oprindelse: som et fragment af sin moderkrop, der blev revet i stykker af sin værtsstjernes tidevandskræfter.
Et par videnskabsmænd offentliggjorde resultaterne af deres forskning i tidsskriftet Nature Astronomy. Avisen har titlen ' Tidevandsfragmentering som oprindelsen til 1I/2017 U1 ('Oumuamua) .' Astronomerne er Yun Zhang fra National Astronomical Observatories of the Chinese Academy of Sciences og Douglas N. C. Lin fra University of California, Santa Cruz. Yun Zhang er hovedforfatteren.
Kunstnerens indtryk af Oumuamua, der forlader solsystemet. Kredit: NASA
'Oumuamua var det første kendte interstellare objekt, der besøgte vores solsystem. For nylig blev kometen 2I/Borisov også bekræftet som et interstellart objekt. Desværre er der ikke meget tid til at studere disse objekter, så astronomerne i dette tilfælde gjorde udstrakt brug af simuleringer.
I introduktionen af deres papir skriver forfatterne 'Her viser vi ved numeriske simuleringer, at 'Oumuamua-lignende ISO'er kan produceres frodigt gennem omfattende tidevandsfragmentering og udstødes under tætte møder af deres flygtige-rige moderkroppe med deres værtsstjerner.' De siger, at deres dannelsesteori gør et godt stykke arbejde med at forklare 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 slynges ud i det interstellare rum,' sagde Lin i en pressemeddelelse .
»Oumuamua har usædvanlige egenskaber, og det er det, der førte til nogle af spekulationerne omkring dets mulige fremmede oprindelse. Det er aflangt snarere end nogenlunde rundformet som andre genstande. Den har også en tør overflade og bevæger sig gennem rummet i en forvirrende tumlebevægelse. En papir fra 2018 sagde 'Oumuamua var sandsynligvis sat til at vælte inden for sit moderplanetsystem og vil forblive med at vælte godt efter, at det har forladt vores.' Det samme papir beregnede, at det ville tage omkring 1 milliard år for den væltede bevægelse at dæmpe.
Forfatterne til dette nye papir er enige om, at 'Oumuamua er et forvirrende objekt, men de siger, at det tydeligvis er af naturlig oprindelse.
'Det er virkelig et mystisk objekt, men nogle tegn, som dets farver og fraværet af radioemission, peger på, at 'Oumuamua er et naturligt objekt,' sagde Zhang.
'Vores mål er at komme med et omfattende scenarie, baseret på velforståede fysiske principper, for at sammensætte alle de fristende spor,' tilføjede Lin.
En af gåderne omkring 'Oumuamua er dens tørre overflade. Det er gådefuldt, fordi astronomer troede, at interstellare objekter ville være kometer, dannet i de iskolde områder af rummet et eller andet sted og rige på flygtige stoffer. Da disse flygtige stoffer sublimerer, når de opvarmes af Solen, hvilket skaber et synligt koma, troede de, at de ville opdage dem først. Mens vi har haft besøg af mindst én interstellar komet siden da var det stadig overraskende, at den tørre, isløse 'Oumuamua var vores første bekræftede interstellare gæst. Men da det er tørt og stenet som en asteroide, gjorde det dets oprindelse uklart.
Efter 'Oumuamua besøgte os, førte det til et udbrud af videnskabelig tænkning. Forskere mente, at der måtte være flere af dem. Meget mere.
Dette diagram viser den interstellare asteroide 'Oumuamuas kredsløb, når den passerer gennem solsystemet. I modsætning til alle andre asteroider og kometer, der er observeret før, er dette legeme ikke bundet af tyngdekraften til Solen. Den er kommet fra det interstellare rum og vil vende tilbage dertil efter sit korte møde med vores stjernesystem. Dens hyperbolske kredsløb er meget tilbøjelig, og den ser ikke ud til at være kommet tæt på noget andet solsystemlegeme på vej ind. Kredit: ESO/K. Meech et al.
'Opdagelsen af 'Oumuamua antyder, at bestanden af klippefyldte interstellare objekter er meget større, end vi tidligere troede,' sagde Zhang. 'I gennemsnit skulle hvert planetsystem i alt udsende omkring hundrede billioner genstande som 'Oumuamua'. Vi er nødt til at konstruere et meget almindeligt scenarie for at producere denne slags objekter.'
Zhang og Lin fokuserede på simuleringer, der involverede tidevandsafbrydelse. Et eksempel på dette er kometen Shoemaker-Levy 9. Da den kom for tæt på Jupiter, brød gasgigantens tyngdekraft kometen op i stykker, som derefter styrtede ind i planeten. Den samme kraft kan forårsage opdelingen af 'Oumuamuas moderlegeme i dets solsystem, der stammer fra, og kunne drive fragmenter som Oumuamua på baner ind i det interstellare rum.
Comet Shoemaker-Levy 9 brød op i mange fragmenter (foto øverst til venstre), som senere slog ind i Jupiters sydlige halvkugle efter hinanden for at skabe en række mørke pletter i juli 1994. Den samme type tidevandskræfter kunne have brudt 'Oumuamuas moderkrop fra hinanden . Kredit: NASA/ESA
Parrets modellering viste, at den samme kraft kunne skabe de langstrakte fragmenter som 'Oumuamua. 'Den aflange form er mere overbevisende, når vi overvejede variationen i materialestyrke under stjernemødet. Forholdet mellem lang akse og kort akse kan være endnu større end ti til en,' sagde Zhang.
Men hvad med varmen fra det nære møde med værtsstjernen?
Deres modellering viste, at det nære møde ville smelte overfladen af 'Oumuamua, og da det forlod stjernens nærhed, ville overfladen fortættes og blive solid. Den nu faste skorpe ville bevare den aflange form.
Den samme varme ville også fjerne flygtige stoffer fra 'Oumuamua, selvom nogle stadig kunne være låst ind i det indre. 'Varmediffusion under den stjernernes tidevandsafbrydelsesproces forbruger også store mængder af flygtige stoffer, hvilket ikke kun forklarer 'Oumuamuas overfladefarver og fraværet af synlig koma, men også belyser den udledte tørhed af den interstellare befolkning,' sagde Zhang. 'Ikke desto mindre kan nogle flygtige stoffer med høj sublimationstemperatur begravet under overfladen, som vandis, forblive i en kondenseret form.'
Den nedgravede vandis kunne også forklare 'Oumuamuas accelererede afgang fra vores nabolag. Hvis parret af astronomer har ret, kunne den vandis være blevet sublimeret af Solen, og udgasningen kunne have skabt accelerationen.
Kunstnerens indtryk af det interstellare objekt, `Oumuamua, der oplever afgasning, når det forlader vores solsystem. Kredit: ESA/Hubble, NASA, ESO, M. Kornmesser
'Scenarioet med tidevandsfragmentering giver ikke kun en måde at danne en enkelt 'Oumuamua på, men tegner sig også for den enorme befolkning af asteroidelignende interstellare objekter,' sagde Zhang.
I sidste ende tror Zhang og Lin, at de har det sømmet. Og deres forklaring, selvom den er en indledende, er meget mere troværdig end nogle af de mere begejstrede forslag, der kom, da 'Oumuamua først dukkede op.
'Vi konkluderer, at stamfædre til 'Oumuamua-lignende ISO'er kan være km-store langperiodekometer fra Oort-skyer, km-store resterende planetesimaler fra affaldsskiver eller kroppe på planetstørrelse på nogle få AU, der kredser omkring lavmasse hoved -sekvens stjerner eller hvide dværge. Disse giver rigelige reservoirer til at tage højde for 'Oumuamuas forekomsthastighed.
De går så lidt længere og spekulerer på, hvilken rolle interstellare objekter som Oumuamua kunne spille i at sprede liv i hele universet.
'I vores forsøg på at adressere plausible årsager til alle aspekter af 'Oumuamua-gåden' fremhæver vi udbredelsen og robustheden af asteroidal ISO-diffusion mellem stjerner nær og fjern. Da disse ophold passerer gennem domænerne af beboelige zoner, kan udsigten til panspermia, båret af dem (kaldet sola lapis, aka ubundne ikke-kometariske asteroide objekter), ikke udelukkes.'
'Dette er et meget nyt felt. Disse interstellare objekter kan give kritiske fingerpeg om, hvordan planetsystemer dannes og udvikler sig,” sagde Zhang i pressemeddelelsen.
LSST, eller Vera Rubin Survey Telescope, under opførelse i Cerro Pachon, Chile. Når den er aktiv, burde vi være i stand til at se mange flere interstellare objekter, når de besøger vores solsystem. Billedkredit: LSST
Dette er virkelig menneskehedens første knæk til at forstå disse interstellare objekter. En gang Vera Rubin Observatorium er aktiv, vil dens kraftfulde evne til at spotte forbigående objekter på himlen sandsynligvis give os mange flere muligheder for at studere dem. ''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,' tilføjede Lin.