Как он образовался и откуда взялся? Новое исследование, опубликованное 13 апреля в журнале Nature Astronomy, предлагает первый исчерпывающий ответ на эти вопросы.
Первый автор Юнь Чжан из Национальной астрономической обсерватории Китайской академии наук и соавтор Дуглас Н. C. Линь из Калифорнийского университета в Санта-Крузе с помощью компьютерного моделирования продемонстрировала, как такие объекты, как Оумуамуа, могут образовываться под воздействием приливных сил, подобных тем, которые испытывают океаны Земли.
Их теория формирования объясняет все необычные характеристики Оумуамуа.
«Мы показали, что межзвездные объекты, подобные Оумуамуа, могут образовываться в результате обширной приливной фрагментации во время близких столкновений их родительских тел с их звездами, а затем выбрасываться в межзвездное пространство», – сказал Лин, почетный профессор астрономии и астрофизики Калифорнийского университета в Санта-Крус.
Обнаруженный 19 октября 2017 года телескопом панорамной съемки и системой быстрого реагирования 1 (Pan-STARRS1) на Гавайях, Оумуамуа абсолютно не похож на все остальное в нашей солнечной системе, по словам Чжана. Его сухая поверхность, необычно удлиненная форма и загадочные движения даже заставили некоторых ученых задуматься, не был ли это инопланетный зонд.
«Это действительно загадочный объект, но некоторые признаки, такие как его цвета и отсутствие радиоизлучения, указывают на то, что Оумуамуа является естественным объектом», – сказал Чжан.
«Наша цель – разработать всеобъемлющий сценарий, основанный на хорошо понятных физических принципах, чтобы собрать воедино все заманчивые подсказки», – сказал Линь.
Астрономы ожидали, что первым обнаруженным ими межзвездным объектом будет ледяное тело, подобное комете. Ледяные объекты, подобные тем, которые населяют облако Оорта, резервуар комет в самых отдаленных уголках нашей Солнечной системы, развиваются на очень больших расстояниях от своих звезд-хозяев, богаты летучими веществами и часто выбрасываются из своих систем-хозяев в результате гравитационного взаимодействия. Они также хорошо видны из-за сублимации летучих соединений, которая создает кому (или "хвост") кометы, когда она нагревается солнцем. Однако сухой вид Оумуамуа похож на скалистые тела, такие как астероиды Солнечной системы, что указывает на другой сценарий выброса.
Другие исследователи подсчитали, что должно быть чрезвычайно большое количество межзвездных объектов, таких как Оумуамуа. «Открытие Оумуамуа предполагает, что количество скалистых межзвездных объектов намного больше, чем мы думали ранее», – сказал Чжан. «В среднем каждая планетная система должна выбросить в общей сложности около ста триллионов объектов, таких как Оумуамуа. Нам нужно создать очень распространенный сценарий для создания такого типа объекта."
Когда меньшее тело проходит очень близко к гораздо большему, приливные силы большего тела могут разорвать меньшее на части, как это случилось с кометой Шумейкера-Леви 9, когда она подошла близко к Юпитеру. Процессы приливного разрушения могут привести к выбросу обломков в межзвездное пространство, что было предложено в качестве возможного источника происхождения Оумуамуа. Но остается неясным, может ли такой процесс объяснить загадочные характеристики Оумуамуа.
Чжан и Линь провели компьютерное моделирование с высоким разрешением, чтобы смоделировать структурную динамику объекта, пролетающего рядом со звездой.
Они обнаружили, что если объект подойдет достаточно близко к звезде, звезда может разорвать его на чрезвычайно удлиненные фрагменты, которые затем выбрасываются в межзвездное пространство.
"Удлиненная форма выглядит более убедительно, если учесть изменение прочности материала во время встречи со звездой. Отношение длинной оси к короткой оси может быть даже больше десяти к одному ", – сказал Чжан.
Тепловое моделирование, проведенное исследователями, показало, что поверхность фрагментов, образовавшихся в результате разрушения исходного тела, будет плавиться на очень коротком расстоянии от звезды и повторно конденсироваться на больших расстояниях, тем самым образуя сплоченную корку, которая обеспечит структурную стабильность удлиненной формы.
«Распространение тепла во время процесса звездного приливного разрушения также потребляет большое количество летучих веществ, что не только объясняет цвета поверхности Оумуамуа и отсутствие видимой комы, но также объясняет предполагаемую сухость межзвездного населения», – сказал Чжан. "Тем не менее, некоторые летучие вещества с высокой температурой сублимации, захороненные под поверхностью, такие как водяной лед, могут оставаться в конденсированной форме."
Наблюдения за Оумуамуа не выявили кометной активности, и только водяной лед является возможным источником выделения газа для объяснения негравитационного движения.
Если Оумуамуа был произведен и выброшен по сценарию Чжана и Линя, во время его прохождения через солнечную систему могло активироваться большое количество остаточного водяного льда. В результате газовыделение вызовет ускорение, соответствующее кометной траектории Оумуамуа.
«Сценарий приливной фрагментации не только дает возможность сформировать единый Оумуамуа, но и учитывает огромную популяцию межзвездных объектов, подобных астероиду», – сказал Чжан.
Расчеты исследователей демонстрируют эффективность приливных сил в создании такого рода объектов.
Возможные прародители, включая долгопериодические кометы, диски обломков и даже суперземли, могут быть преобразованы в части размером с Оумуамуа во время столкновений со звездами.
Эта работа поддерживает оценки большой популяции межзвездных объектов типа Оумуамуа.
Поскольку эти объекты могут проходить через области обитаемых зон, нельзя исключать возможность того, что они могут транспортировать материю, способную порождать жизнь (так называемая панспермия). "Это очень новая область. Эти межзвездные объекты могут дать важные подсказки о том, как формируются и развиваются планетные системы », – сказал Чжан.
По словам Линя, «Оумуамуа – лишь верхушка айсберга. Мы ожидаем, что многие другие межзвездные посетители с подобными чертами будут обнаружены в ходе будущих наблюдений с помощью грядущей Vera C. Обсерватория Рубина."
U.S. Астроном Военно-морской академии Мэтью Найт, который является соруководителем группы Международного института космических наук Оумуамуа и не принимал участия в новом исследовании, сказал, что эта работа «делает замечательную работу по объяснению множества необычных свойств Оумуамуа с помощью одного , согласованная модель."
"Поскольку в ближайшие годы будут обнаружены межзвездные объекты будущего, будет очень интересно посмотреть, проявят ли какие-либо свойства, подобные Оумуамуа.
Если так, это может указывать на то, что процессы, описанные в этом исследовании, широко распространены », – сказал Найт.