新理论解释了星际物体“奥陌陌”怪异形状的由来

自“奥陌陌”造访我们的太阳系以来,这三年科学家们致力于解释关于它的一些更神秘的特征,例如它那雪茄一样的外形。最先进的计算机模型提供了一些吸引人的新线索,展示了“奥陌陌”可能的形成过程以及它是如何成为星际造访者的。

基于新提出的设想,艺术家给“奥陌陌”作的插图:北京天文馆,于景川。

发表在《自然·天文学》杂志上的一项新研究表明“奥陌陌”是一颗母星的扭曲碎片,它过于靠近母星。根据这篇由蔚蓝海岸大学的张云和加州大学圣克鲁斯分校的林道格拉斯共同撰写的论文,在“奥陌陌”靠近母星这一过程中,除了让它变得细长以及具备了其他独特的特征外,还导致了该物体被喷射到星际空间里。

“奥陌陌”在2017年10月19日由全景巡天望远镜和快速反应系统首次发现,是天文学家发现的第一个来自于其他星系的物体。”除了它起源于另一个恒星系统之外,“奥陌陌”还被发现具有一些特殊的特征,例如它细长的形状,一个几乎不存在的彗星状彗发,以及一个不是由引力引起的轻微加速度。

由潮汐破坏场景模拟产生的类似于“奥陌陌”的物体。图片:中国天文学会/张·Y;(背景:欧洲南方天文台/ 科恩梅瑟·M。

比起彗星,“奥陌陌”更像是一颗小行星,这是一个令人特别意外的观察结果。关于星际物体的一个传统理论是,它们是由于引力相互作用而被抛入星际空间的冰体,而且它们起源于恒星系统的外围(类似于我们太阳系的奥尔特云)。但“奥陌陌”不是彗星,它表面干燥,没有挥发物——例如像水这样容易转换物质形态的化合物。

到目前为止,计算机模型仍然没有模拟出令人满意的星际物体形成条件,这仍需要科学家们设计出新的形成和喷射方案。而且新方案不能是罕见或离奇的,因为实际上星际物体的数量极多。

张在一份新闻稿中说:“ ‘奥陌陌’的发现意味着岩石类星际物体的数量比我们之前认为的要多得多。“平均而言,每个行星系统可能会喷射出大约100万亿个像‘奥陌陌’这样的物体。我们需要构建一个普适性很好的场景来模拟这类物体的形成。”

张和林所说的潮汐破碎场景提出了一种新方案,该方案由计算机模型支持,模拟了这类天体在过于靠近主星时的结构动力学。就像模型显示的那样,比如说一个星子(行星的雏形),甚至是一个类地行星,如果冒险进入到它的主星几十万公里以内,就会开始扭曲——而且扭曲得非常严重。

图解:星际物体形成的恒星潮汐扰动过程。图片:张云。

这个过程类似于用培乐多球做出一条很薄的蛇。随着培乐多逐渐变薄,小块开始脱落,但每个小块仍然保持其细长的形状。

在“奥陌陌”和其他新生星际物体的例子中,炽热而细长的微小碎片具有很高的延展性。当这些松散的碎片远离它的主恒星时,它们就会迅速冷却并凝结在一起形成一个外壳,这个外壳决定了星际物体的最终形状和结构的完整性。根据计算机模型预测,星际物体长轴和短轴的比例可以达到10:1。

当碎片很热时,挥发性物质从表面蒸发,但另一些挥发性物质,例如水,仍然会留在星际物体的内部。当外壳形成时,这些挥发物会被困在物体内部,通过一个叫做“出气”的过程释放出来。根据这项新研究,当“奥陌陌”被太阳加热时,就会产生一个非重力加速度。也就是说,“奥陌陌”有一个内置的推进系统。

美国海军学院天文学家、研究“奥陌陌”的专家马修·奈特在加州大学圣克鲁兹分校的一份新闻稿中说,这篇新论文用一个单一而连贯的模型出色地解释了“奥陌陌”各种不同寻常的特性,“随着未来的星际物体将不断被发现,观察它们是否有任何类似于‘奥陌陌’的特性将非常有趣,如果真存在这种情况的话,就可能表明这项研究所描述的过程是广泛存在的。”奈特说道。他本人并没有参与这项新研究。

这项研究有意思的是,它为假想的生物外来论提供了一种潜在的可能性,即系外行星为其他行星提供了生命的种子,包括其主星系统之外的行星。然而,考虑到这个过程所涉及的巨大热量和力量,任何搭便车的微生物的生命力都必须极其持久。目前,由于生物外来论仍然是一种边缘理论,因此我们还需要进一步研究它的可能性。

在未来的日子里,我们需要探测更多的星际物体。正如奈特所说,形状相似的物体的发现将在很大程度上支持这一激动人心的新理论。

作者: George Dvorsky

FY:平陆成浆

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