Kunstniku mulje umuOumuamua'st, mis on esimene teadaolev tähtedevaheline objekt, mis läbib Päikesesüsteemi. (ESO / M. KORNMESSER)

Miljard aastat tähtedevahelises ruumis: mida me täna teame 'Oumuamua' kohta

Seda oleme õppinud esimesest objektist, mille kunagi avastasime, et siseneda meie päikesesüsteemi tähtedevahelisest ruumist.

Miljardit aastat tagasi oli meie päikesesüsteem erakordselt erinev koht, kui me täna teame. Maal polnud sellel paljurakulisi eluvorme: ei taimi, loomi ega seksuaalset paljunemist. Saturnil polnud veel oma rõngaid, kuna ühte tema hiigelkuud hävitanud kokkupõrget polnud veel toimunud. Ja asteroidi vöö oli palju rikkam kui praegu, täis kiviseid kehasid, mis on juba ammu gravitatsiooniliselt tähtedevahelisse ruumi väljunud.

Igal Päikesesüsteemil, kui me mõistame, kuidas need õigesti moodustuvad, on sarnane lugu. Väikesed, kivised kehad, aga ka kaugemal asuvad jää domineerivad kehad löövad gravitatsiooniliselt ümber nende ümbritsevate planeetide ja muude objektide. Paljud neist objektidest väljutatakse, liikudes läbi galaktika, kuni nad satuvad juhuslikult teise, võõra Päikesesüsteemi lähedusse. 2017. aastal tuvastasime esimest korda meie Päikesesüsteemi läbiva objekti, mis pidi pärinema sellest väljaspool: tähtedevaheline blokeerija Oumuamua. Siit saate teada, mida me sellest täna teame.

Objekti, mida nüüd tuntakse kui Oumuamua, hakati algselt nimetama C / 2017 U1, kui arvati, et see on komeet, ja siis A / 2017 U1, kui arvati, et see on asteroid. Tänapäeval nimetatakse seda I / 2017 U1, kuna see on esimene teadaolev tähtedevaheline (I) objekt, kes meie Päikesesüsteemi külastas. See lähenes meie päikesesüsteemile ülalt, lähenedes Päikesele kõige lähemale 9. septembril. See on teel Uraani poole, mis on mõeldud Päikesesüsteemist väljumiseks. (NASA / JPL-CALTECH)

Havai nimi “Oumuamua” on erakordselt meeldejääv, tõlkides kui “skaut või sõnumitooja kaugest minevikust”. Kui nägime, et see objekt läbib meie Päikesesüsteemi, hüppas see välja nagu mitte midagi muud. Igal objektil, mille oleme kunagi leidnud, on meie Päikese suhtes orbiit. Neli võimalust on:

  • ümmargune, ekstsentrilisusega 0,
  • elliptiline, ekstsentrilisusega vahemikus 0 kuni 1,
  • paraboolne, mille ekstsentrilisus on täpselt 1,
  • või hüperboolne, ekstsentrilisusega üle 1.

Oleme leidnud objekte kõigist neljast klassist koos hüperboolsete objektidega, mis vastavad komeetidele, mis löödi gravitatsiooniliselt nii, et nad väljuvad Päikesesüsteemist. Nende ekstsentrilisus on pisut pisut suurem kui 1, väärtustega nagu 1,0001 või nii.

Kuid kui me esimest korda Oumuamua leidsime, tõdesime, et see on midagi erilist. Erinevalt kõigest muust, mida me kunagi oleme leidnud, oli selle ekstsentrilisus 1,2.

Tähtedevahelise asteroidi ʻOumuamua nominaalne trajektoor, mis on arvutatud 19. oktoobri 2017 ja järgnevate vaatluste põhjal. Vaadeldud trajektoor kaldus kõrvale kiirendusest, mis vastas ennustatule ülimalt väikesele ~ 5 mikronile sekundis², kuid see on piisavalt oluline, et nõuda selgitust. (TONY873004 WIKIMEDIA COMMONSist)

Veel üks viis mõista, miks see nii erakorraline oli, on vaadata selle kiirust Päikesesüsteemist väljudes.

Kui oleksite Kuiperi vöö objekt, kes suhtles Neptuunist kaugema teise massiivse maailmaga või oleksite Neptuuni enda poolt häiritud, saaksite selle meie Päikesesüsteemist gravitatsiooniliselt lahti siduda, andes sellele hüperboolse orbiidi. Kuid selle maksimaalne kiirus Päikesesüsteemist väljumisel oleks suurusjärgus ~ 1 km / s. Sama tehing asteroidi jaoks, mida Jupiter häirib: see võib Päikesesüsteemist väljudes saavutada kiiruse mõni (kuid alla 10) km / s, kuid mitte suurem.

Oumuamua jaoks? Päikesesüsteemist lahkudes on selle kiirus 26 km / s, mis on meie kohalikust naabruskonnast pärineva asja jaoks võimatult suur arv.

Päikesesüsteemi planeedid koos asteroidivöö asteroididega tiirlevad kõik peaaegu samal tasapinnal, moodustades elliptilised, peaaegu ümmargused orbiidid. Neptuunist kaugemale jäävad asjad järk-järgult vähem usaldusväärseks. Kuid igal Päikesesüsteemi päritolu objektil peaks olema maksimaalne kiirus, kuna see väljub Päikesesüsteemist, mis peaks olema palju väiksem sellest, mida me Oumuamua puhul täheldasime. (KOSMOSE TELESKOOPI TEADUSINSTITUUT, GRAAFIKA OSAKOND.)

Teisisõnu, sellel peab olema päikeseenergiaväline päritolu. See objekt pidi tulema tähtedevahelisest ruumist: teisest tähesüsteemist, mis selle teadlikult kaua aega tagasi välja saatis. Meie parimate teoreetiliste mudelite kohaselt peaks neid objekte olema vähemalt palju miljardeid, vähemalt iga tähe kohta meie galaktikas. On erakordselt tõenäoline, et paljud neist objektidest läbivad meie Päikesesüsteemi igal aastal, kuid me pole neid kunagi varem tuvastanud.

Kuni 'Oumuamua.

Animatsioon, mis näitab tähtedevahelise loenduri teed, mida nüüd tuntakse nimega umuOumuamua. Kiiruse, nurga, trajektoori ja füüsikaliste omaduste kombinatsioon annab kõik järelduse, et see tuli meie päikesesüsteemist kaugemale. (NASA / JPL - CALTECH)

Päikesesüsteemi kaudu jõudis see edasi sisemusse Merkuuri orbiidile: äärmiselt lähedal Päikesele. Kuna meie teleskoobid skaneerivad harva Päikese lähedalt, ei avastanud me seda tegelikult enne, kui see oli ületanud Maa orbiidi teisele poole, kui see oli juba teel Päikesesüsteemist välja. Leidsime selle siis, kui see oli peaaegu meie maailma lähimas punktis, kõigest 23 miljoni km kaugusel: umbes 60-kordne Maa-Kuu vahemaa.

See liikus lähima lähenemise korral uskumatult kiiresti, saavutades maksimaalse kiiruse 88 km / s: umbes kolm korda suurem kui kiirus, millega Maa tiirleb Päikesel. Ja kõige selle jaoks oli meil uskumatult õnn vedada, et see andmete hulgast välja tõmbab. Kui meil aga olid olemas esimesed viited selle olemasolule - saadi Pan-STARRSi uuringust -, oli meil võimalus jälgida neid tähelepanekuid suure, võimsa teleskoobiga.

Pan-STARRS1 vaatluskeskus asub Haleakala Maui kohal päikeseloojangul. Skaneerides kogu nähtava taeva madalale sügavusele, kuid sageli, suudab Pan-STARRS automaatselt leida meie päikesesüsteemis kõik liikuvad objektid kindla nähtava heleduse kohal. 'Oumuamua' avastus tehti täpselt sel viisil, jälgides selle liikumist fikseeritud tähtede taustal. (ROB RATKOWSKI)

See oli palju punasem kui peaaegu midagi muud, mida me teame: kõige sarnasem Trooja asteroididega, mida näeme Jupiteril tiirutamas. Sellel on erinevad värvid tõelistest jäistest maailmadest, mida me teame, sealhulgas kentauridest, komeetidest ja Kuiperi vöö objektidest, mida meie enda päikesesüsteemis leiame. Kuid see oli ka mõnes mõttes uskumatult igav, kuna sellel polnud molekulaarseid, neeldumis- ega emissioonifunktsioone.

Oli pime, punane ja ühendades selle teabe meie tehtud heleduse ja kauguse mõõtmistega, said astronoomid selle suuruse kindlaks teha. See oli väiksem kui peaaegu iga objekt, mida me teame, umbes 100 meetri suurusel kohal. Vaatlused näitavad, et tolmu ei tohi olla peaaegu üldse olnud: selle pinnalt eraldus maksimaalselt teelusikatäis mikronisuurust (0,000001 meetrit) tolmu. 'Oumuamua, olgu see päritolu, polnud kindlasti üldse komeedilaadne.

Päikeselt tiirutades võivad komeedid ja asteroidid pisut laguneda, orbiidi rada pidi olevate tükkide vahel olev praht aja jooksul venib ja põhjustab meteooride hoovihma, mida me näeme, kui Maa läbib selle prahi voo. Üks Oumuamua häid mõistatusi on see, miks Spitzeril (kes võttis siin näidatud pildi) selle pildi üles, ei täheldatud ühtegi tüüpi prahti: see oli täiesti punktilaadne. (NASA / JPL-CALTECH / W. REACH (SSC / CALTECH))

2017. aasta oktoobrikuu jooksul jälgis teleskoopide sari selle heledust ja seda, kuidas see aja jooksul muutus. Ligikaudu 3,6 tunni pikkuse ajavahemiku jooksul varieerus selle heledus perioodiliselt 15-kordselt: komeedi või asteroidi jaoks ennekuulmatu arv. Ainus seletus on see, et „Oumuamua peab olema äärmiselt piklik, pöörlev objekt. Ilma tolmu, gaasipuhumise või selle valgust varjava mehhanismita peab selle orientatsioonist sõltuvalt olema erinev suurus. Kui näeme Oumuamua “pikka” suunda, näeme seda kõige eredamalt; kui näeme selle “lühikest” suunda, näeme seda kõige nõrgemal.

Parempoolne 'Oumuamua' kerge kõver ning järeldatav, kõikuv kuju ja orientatsioon kõverast endast. (NAGUALDESIGN / WIKIMEDIA COMMONS)

Kuid siis läksid asjad veidraks. Oumuamua rada jälgides leidsime, et normaalne, täiesti hüperboolne orbiit ei kõlba päris hästi. Tekkis täiendav kiirendus, justkui midagi raskendaks lisaks gravitatsiooni mõjule. Ehkki mõned silmapaistvad pooldajad esitasid erakordselt metsikuid seletusi nagu tulnukad, ei osutanud see andmetele seda.

Kui ilmne seda teeb, ei pea me kasutama fantastilisi seletusi. See, et sellel ei olnud koomat - jää- ja kivimaailma kõige tavalisem tunnusjoon, mis kuumeneb - ei tähenda, et mingisugust väljavoolu ei oleks. 'Oumuamua väiksuse ja suure vahemaa tagant võib järeldada, et selle ümber ei olnud gaasi halo, kuid me ei suudaks tuvastada ühte hajuvat ejekta-joa.

Komeet 67P / CG Rosetta pildi järgi. 'Oumuamua on selle komeedi kuju, suuruse ja pinnakompositsiooni poolest väga erinev, kuid sellele sarnane väljuv reaktiivjoon, kui see asub väljapoole telge ja on väljaspool telge, võib selgitada selle muidu anomaalset liikumist. (ESA / ROSETTA / NAVCAM)

Kuidas saaksime kogu selle teabe kokku viia, et seda järjepidevalt mõtestada?

See on võimalik, kuid nõuab tegurite kombinatsiooni, mida me pole kunagi varem näinud. Eriti:

  • väljatõmbav reaktiivlennuk, nagu nägime tulevat komeedi 67P / Churyumov – Gerasimenko sisemusest,
  • puudub kooma ja seega pind, kus puudub enamasti lenduv jää;
  • päritolu väljaspool Päikesesüsteemi,
  • ja keha, mis mitte ainult ei pöörle, vaid kaob Päikesesüsteemi liikumisel kaootiliselt.

See on võimalik ainult siis, kui 'Oumuamua'st väljub joa ja joa on sellest pöörlevast, lohisevast blokeerivast keskpunktist ja teljest eemal.

Asteroidid sisaldavad teatud koguses lenduvaid ühendeid ja võivad Päikese lähedal lähenedes sageli tekkida sabad. Ehkki umuOumuamual ei pruugi olla saba ega koomat, on selle käitumisele väga tõenäoline astrofüüsiline seletus, mis on seotud gaaside väljalaskmisega, ja sellel pole absoluutselt mingit pistmist välismaalastega. (ESA–SCIENCEOFFICE.ORG)

Uskumatu järeldus pole mitte ainult see, et „Oumuamua tuli väljastpoolt meie päikesesüsteemi, vaid see oli nii haruldane kui ka tavaline. Üksikute objektide, nagu näiteks Oumuamua, puhul ei tule see kunagi enam mõne teise Päikesesüsteemi lähedale. Ainult üks kord 100 triljoni aasta jooksul - umbes 10 000 korda suurem kui praegune universumi vanus - möödub see tähe lähedale. Nagu teadlane Gregory Laughlin ütles, “oli see Oumuamua elu aeg”.

Kuid meie päikesesüsteemi jaoks, kuna selliste galaktikas lendavate objektide arv on väga suur, kogeme sellist tihedat kohtumist umbes paar korda aastas. 2017. aasta tähistas esimest korda sellist objekti, kuid oleme päikesesüsteemi eluea jooksul neist tõenäoliselt miljardeid saanud. Mõni neist, kui loodus oli lahke, oleks võib-olla isegi Maaga kokku põrganud.

Meie galaktikast võib lennata umbes 10²⁵ sellist objekti, nagu see lendab. Nii sageli juhtub, et meil õnnestub ühte neist kohata. Esimest korda oleme seda tegelikult enda jaoks näinud.

Starts With A Bang on nüüd Forbesil ja tänu meie Patreoni toetajatele uuesti keskkonnas avaldatud. Ethan on kirjutanud kaks raamatut "Beyond The Galaxy" ja "Treknology: The Star of Treki teadus Tricordersist Warp Drive'i".