Теория новой формации объясняет загадочный межзвездный объект Oumuamua

Как он сформировался и откуда взялся? Новое исследование, опубликованное 13 апреля в Nature Astronomy, предлагает первый исчерпывающий ответ на эти вопросы.

Юнь Чжан из Национальной астрономической обсерватории Академии наук Китая и Дуглас Н. К. Лин из Калифорнийского университета в Санта-Крузе использовали компьютерное моделирование, чтобы показать, как такие объекты, как Oumuamua (на гавайском языке «посланец издалека, прибывший первым»), могут формироваться под воздействием приливных сил, подобных тем, которые ощущают океаны Земли. Их теория формирования объясняет все необычные особенности Oumuamua.

«Мы показали, что межзвездные объекты, как Oumuamua, могут создаваться путем обширной приливной фрагментации во время тесных столкновений их родительских тел с звездами, а затем выбрасываться в межзвездное пространство», - сказал Лин.

Oumuamua был обнаружен 19 октября 2017 года с помощью телескопа Pan-STARRS1 на Гавайях и абсолютно не похож ни на что в нашей Солнечной системе. Его сухая поверхность, необычно вытянутая форма и загадочные движения даже заставили некоторых ученых задуматься его инопланетном происхождении.

«Это действительно таинственный объект, но такие признаки, как цвет и отсутствие радиоизлучения, указывают на то, что Oumuamua - естественный объект», - сказал Чжан.

Астрономы ожидали, что первым обнаруженным межзвездным объектом будет ледяное тело, похожее на комету. Ледяные объекты, как населяющие облако Оорта, развиваются на очень больших расстояниях от звезд, богаты летучими веществами и часто выбрасываются из своих систем гравитационными взаимодействиями. Они также хорошо видны из-за сублимации летучих соединений, которая создает кометную кому (хвост), когда нагревается Солнцем. «Сухой внешний вид Oumuamua похож на скалистые тела, такие как астероиды Солнечной системы, что указывает на другой сценарий выброса.

Другие исследователи подсчитали, что таких межзвездных объектов, как Oumuamua, должно быть очень большое количество. «Открытие Oumuamua подразумевает, что популяция каменистых межзвездных объектов намного больше, чем мы думали ранее», - сказал Чжан. «В среднем каждая планетная система должна выбросить в общей сложности около ста триллионов объектов, похожих на Oumuamua. Нам нужно построить подходящий сценарий для создания объектов такого типа».

Когда небольшое тело подходит очень близко к гораздо большему, приливные силы второго могут разорвать небольшое, как это случилось с кометой Шумейкеров-Леви 9, когда она приблизилась к Юпитеру. Процессы приливного разрушения могут выбрасывать некоторые частицы в межзвездное пространство, что было предположено как возможное происхождение Oumuamua. Но мог ли такой процесс объяснить причудливые характеристики Oumuamua, оставалось неясным.

Чжан и Лин провели компьютерное моделирование с высоким разрешением для моделирования структурной динамики объекта, летящего рядом со звездой. Они обнаружили, что, если объект подходит достаточно близко к звезде, она может разорвать его на чрезвычайно вытянутые фрагменты, которые затем выбрасываются в межзвездное пространство.

«Удлиненная форма убедительна, когда мы рассматривали изменение прочности материала во время столкновения звезд. Отношение длинной оси к короткой может быть даже больше, чем десять к одному», - сказал Чжан.

Тепловое моделирование исследователей показало, что поверхность фрагментов, возникающих в результате разрушения исходного тела, будет плавиться на очень коротком расстоянии от звезды и конденсироваться на больших расстояниях, образуя тем самым когезионную кору, которая обеспечит структурную стабильность вытянутой формы.

«Рассеивание тепла во время процесса разрушения приливов и отливов звезд также потребляет большое количество веществ, что не только объясняет цвета поверхности Oumuamua и отсутствие видимой комы, но также объясняет предполагаемую сухость межзвездной популяции», - сказал Чжан. «Тем не менее, некоторые вещества с высокой температурой сублимации, скрытые под поверхностью, такие как водяной лед, могут оставаться в конденсированной форме».

Наблюдения Oumuamua не показали кометной активности, и только водяной лед является возможным источником выделения газа для объяснения его не гравитационного движения. Если Oumuamua был произведен и выброшен по сценарию Чжана и Линя, во время его прохождения через Солнечную систему может быть растоплено большое количество водяного льда. В результате дегазация вызовет ускорения, соответствующие кометной траектории Oumuamua.

«Сценарий приливной фрагментации не только дает возможность сформировать единый Oumuamua, но также учитывает огромное количество астероидоподобных межзвездных объектов», - сказал Чжан.

Расчеты исследователей демонстрируют эффективность приливных сил при создании объектов такого типа. Кометы с длительным периодом, обломки дисков и даже супер-Земли могут быть превращены в куски размером с Oumuamua во время столкновений со звездой.

Эта работа поддерживает предположение существование большой популяции похожих на Oumuamua межзвездных объектов. Поскольку эти объекты могут проходить через области обитаемых зон, нельзя исключать возможность того, что они могут транспортировать вещество, способное генерировать жизнь (панспермия). «Это очень новая область. Эти межзвездные объекты могут дать подсказки о формировании и развитии планетных систем», - сказал Чжан.

«Поскольку межзвездные объекты будут обнаружены в ближайшие годы, будет очень интересно посмотреть есть ли у них какие-либо свойства Oumuamua. Если это так, то значит процессы, описанные в этом исследовании, широко распространены», - сказал Найт.