一个关于'Oumuamua 的新理论可能意味着有更多星际访客正朝着我们而来。

‘Oumuamua 确实看起来像个怪胎,但类似的行星残骸可能到处都是。
Artist's impression of 'Oumuamua.
近距离接近其母星可能将一颗彗星撕裂成更小的碎片。也许其中一个碎片就进入了我们的星系。ESO/M. Kornmesser

2017年,‘Oumuamua 以 划过太阳的速度 惊碎了天文学家的期望。它又细又长,而不是圆的。它看起来相当干燥,呈红褐色——与它应该像的冰球完全不同。更糟糕的是,它像是在自行推进一样喷射而去。这是我们在太阳系中发现的第一个星际物体,它打破了研究人员关于哪些天体最有可能逃离母星以及如何逃离的假设。三年后,他们仍在努力弄清楚自己哪里错了。

基于计算机模拟的 新研究结果 周一发表在《天文学》杂志上,旨在将‘Oumuamua 的所有谜团整合到一个解释方案中:曾经,一颗遥远的恒星撕碎了一颗彗星或行星碎片,将细长的彗星-小行星混合物喷射到太空中。如果该理论被证明是准确的,那么‘Oumuamua 就只是无数个此类物体中的一个,它们被星系中类似的恒星弹出。

“我们有信心,我们提出的这个情景很普遍,”法国蔚蓝海岸天文台的研究员、《论文》合著者 Yun Zhang 。“我们预计将来会看到更多像‘Oumuamua 这样的天体。”

天文学家们近十年来一直在焦急地等待第一个星际入侵者的迹象,但它本不应该看起来像‘Oumuamua。它应该是一颗彗星——一个多尘的雪球,在太阳的光辉下融化时会拖着一条壮观的尾巴。我们太阳系中的彗星遵循着绕行的轨道,将它们推到太阳势力范围的边缘,那里最轻微的引力扰动就可能将它们甩出去。(去年,自然界满足了这一预期,Borisov——一颗 经典的彗星——成为我们太阳系中发现的第二颗星际物体。它在绕太阳飞行后 已经碎裂。)

‘Oumuamua 更像是一颗小行星,是我们太阳系中另一种常见的小型天体。这些鹅卵石般的沙堆又黑又干,含水量或冰量很少,不足以让太阳对其产生影响。尽管有 NumerousAttempts 试图寻找‘Oumuamua 身后的尾巴踪迹,但都失败了,尽管它确实不可思议地加速,好像被气体喷射推着前进。是什么驱动了它的仓促撤离?如果它是一颗小行星,而小行星通常紧密地围绕着它们的母星运行,是什么将它推到了太空中?

“彗星”和“小行星”这两个标签都无法很好地描述它,这表明‘Oumuamua 的母星周围形成了一些新的东西。猜测范围从 外星飞船蓬松的冰云。“这真是一个谜,”SETI 研究所的天文学家 Matija Ćuk 。“我们真的不明白。”

2017年末,Ćuk 提出了一种名为“潮汐撕裂”的现象可能诞生了那个雪茄状的物体。潮汐力是引力扭曲天体能力的根源,就像月球拉伸地球的周长,导致潮汐涨落一样。它们也是黑洞可能杀死宇航员的多种方式之一,将她像意大利面条一样拉伸。Ćuk 提出,类似的事件可能将一颗完整的行星撕成带状,而‘Oumuamua 就是其中一次“世界末日”的残骸。

Zhang 的工作进一步发展了 Ćuk 的想法,并加入了物理细节来检验其可行性。她和一位同事修改了一个流行的模拟程序,该程序考虑了小行星状物体中的粒子——她将其比作“漂浮在太空中的沙堡”——在引力的拨弄和挤压下如何重新排列。他们取了各种物体,反复将它们抛向一颗数字恒星,直到他们对‘Oumuamua 可能发生的情况有了初步了解。

Simulation of 'Oumuamua's makeup.
潮汐撕裂模拟的一个样本产品,尽力模仿 Oumuamua 的外观。NAOC/Y. Zhang;(背景:ESO/M. Kornmesser)

Zhang 说,它很可能最初是一颗彗星。行星或幼年行星也是可能的,但这些天体不太可能匹配‘Oumuamua 推断的成分。当这颗彗星掠过其母星(可能只有太阳一半的质量)时,它受到了潮汐的挤压,被撕裂了。Zhang 还用热模型分析了碎片,发现母星的温暖会将每个碎片的表面烘烤成干燥酥脆的外壳。同样的挤压会将一些碎片(包括‘Oumuamua)甩入星际空间。

虽然她最初只是想解释这颗前彗星的形状,但 Zhang 惊讶地发现,该理论还能解释‘Oumuamua 的奇异加速。到达我们太阳系后,我们更重、更亮的太阳产生的额外热量深入穿透了外壳,释放了残留的冰,这就是目前的推测。然后,这些蒸发的物质在逃逸到太空中时,给了该物体一个推力。“我们的分析表明,该模拟可以解释‘Oumuamua 的所有特征,”她说,包括其干燥的小行星外观以及其类似彗星的活动。

研究人员无法确定这种精确的事件序列是否肯定产生了三年前经过的这堆碎石。但如果这个过程像模拟显示的那样容易发生,那么星际空间可能散布着数量惊人的此类碎片。Zhang 估计,每个太阳系都可能喷射出 一百万亿个类似 ‘Oumuamua 的物体

然而,对其他研究人员来说,‘Oumuamua 仍然是个谜。Ćuk 说,很高兴看到有模拟证实潮汐撕裂可以产生雪茄状天体,但他怀疑恒星能真正撕碎多少彗星。“如果你撕裂一颗行星,你会得到很多质量,”他说。“如果你在摆弄彗星,你需要每颗恒星撕碎大约 10 个地球质量的彗星,这基本上是所有 [彗星] 的总量。”

Zhang 还指出,整个理论取决于‘Oumuamua 是长而细的这个假设。如果这个天体更像馅饼而不是香肠,正如去年夏天 一项分析所提出的那样,那么整个潮汐起源的故事就站不住脚了。

这架探测器目前正在飞掠天王星,超出了任何望远镜的探测范围,所以研究人员将永远无法确定‘Oumuamua 的外观或形成方式。但根据 Ćuk 的说法,预计将于 2022 年开始进行观测和定期巡天的 Vera C. Rubin 天文台,应该每年能发现一个星际物体。只有到那时,天文学家才能了解在那片空域中有什么样的天体在飞驰。“在进行物理学研究之前,你要先进行集邮,”他说。“让我们看看还有什么从天而降。”

 

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Charlie 是一名记者,报道地球内外物理科学领域的发展。除了《流行科学》,他的作品还发表在《Quanta Magazine》、《Scientific American》、《The Christian Science Monitor》等刊物上。此前,他曾在莫桑比克和日本教授物理和英语,并在布朗大学学习物理。您可以在这里查看他的网站。


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