Kunstnerens indtryk af ʻOumuamua, det første kendte interstellare objekt, der passerer gennem solsystemet. (ESO / M. KORNMESSER)

Et milliard år i det mellemliggende rum: Det, vi ved i dag om 'Oumuamua

Dette er, hvad vi har lært af det første objekt nogensinde opdaget for at komme ind i vores solsystem fra interstellar rum.

For milliarder af år siden var vores solsystem et ekstraordinært andet sted end det, vi kender i dag. Jorden havde ingen flercellede livsformer på sig: ingen planter, ingen dyr, ingen seksuel reproduktion. Saturn havde endnu ikke sine ringe, da kollisionen, der ødelagde en af ​​dens kæmpe måner, endnu ikke var sket. Og asteroidebæltet var meget rigere, end det er i dag, fuld af klippekropper, der for længe siden er blevet gravitativt skubbet ud i det interstellare rum.

Hvert solsystem har en lignende historie, hvis vi forstår, hvordan de dannes korrekt. Små, klippefyldte kroppe - såvel som de isdominerede, der længere ude - vil blive gravitativt sparket rundt af planeterne og andre genstande omkring dem. Mange af disse objekter vil blive skubbet ud og rejser gennem galaksen, indtil de tilfældigt kommer ind i nærheden af ​​et andet fremmed solsystem. I 2017 opdagede vi for første gang et objekt, der passerede gennem vores solsystem, der måske har sin oprindelse uden for det: interstellar interloper 'Oumuamua. Her er hvad vi ved om det i dag.

Objektet, der nu er kendt som 'Oumuamua blev oprindeligt kaldet C / 2017 U1, da det blev antaget at være en komet, og derefter A / 2017 U1, da det blev antaget at være en asteroide. I dag kaldes det I / 2017 U1, da det er det første kendte interstellare (I) objekt, der besøger vores solsystem. Det nærmede sig vores solsystem ovenfra og passerede tættest på solen den 9. september. Det er på vej mod Uranus nu, bestemt til at forlade solsystemet. (NASA / JPL-CALTECH)

Det hawaiianske navn 'Oumuamua er ekstraordinært stemningsfuldt og oversættes som "en spejder eller messenger fra den fjerne fortid." Da vi så dette objekt passere gennem vores solsystem, sprang det ud som at være i modsætning til noget andet. Ethvert objekt, vi nogensinde har fundet, har en bane med hensyn til vores sol. De fire muligheder er:

  • cirkulær, med en excentricitet på 0,
  • elliptisk med en excentricitet mellem 0 og 1,
  • parabolsk, med en eksentricitet på nøjagtigt 1,
  • eller hyperbolisk, med en excentricitet større end 1.

Vi har fundet objekter i alle fire klasser, hvor de hyperboliske objekter svarer til kometer, der blev sparket på tyngdekraften på en sådan måde, at de forlader solsystemet. De har excentriciteter, der er meget lidt større end 1, med værdier som 1.0001 eller deromkring.

Men da vi først fandt 'Oumuamua, anerkendte vi, at det var noget specielt. I modsætning til alt andet, vi nogensinde har fundet, var dens excentricitet 1,2.

Den nominelle bane for den interstellare asteroide ʻOumuamua, beregnet på baggrund af observationer af 19. oktober 2017 og derefter. Den observerede bane afviste af en acceleration, der svarer til en ekstremt lille ~ 5 mikron / sekund² over det, der blev forudsagt, men det er betydningsfuldt nok til at kræve en forklaring. (TONY873004 AF WIKIMEDIA COMMONS)

En anden måde at forstå, hvorfor det var så ekstraordinært, er at se på dens hastighed på vej ud af solsystemet.

Hvis du var et Kuiper-bælteobjekt, der interagerede med en anden massiv verden ud over Neptun, eller blev forstyrret af Neptune selv, kunne du gravitativt løsne den fra vores solsystem og give det en hyperbolsk bane. Men dens maksimale hastighed, når man forlader solsystemet, ville være i størrelsesordenen ~ 1 km / s. Samme aftale for en asteroide forstyrret af Jupiter: den kunne nå hastigheder på nogle få (men mindre end 10) km / s, når de forlader solsystemet, men ikke større.

For 'Oumuamua? Når det forlader solsystemet, vil dets hastighed være 26 km / s, et umuligt stort antal for noget, der har oprindelse i vores lokale kvarter.

Planeterne i solsystemet sammen med asteroiderne i asteroidebæltet kredser alle i næsten det samme plan, hvilket gør elliptiske, næsten cirkulære baner. Ud over Neptune bliver tingene gradvis mindre pålidelige. Men ethvert objekt med solsystemets oprindelse skal have en maksimal hastighed, da det forlader solsystemet, der skal være langt under det, vi observerede for 'Oumuamua. (RUMLET TELESCOPE videnskab INSTITUT, GRAFIK DEPT.)

Med andre ord, det skal have en ekstra solrig oprindelse. Denne genstand måtte komme fra interstellar rum: fra et andet stjernesystem, der sandsynligvis udsatte det for en uvidende længe siden. I henhold til vores bedste teoretiske modeller skulle der i det mindste være mange milliarder af disse objekter for hver eneste stjerne i vores egen galakse. Det er ekstraordinært sandsynligt, at mange af disse objekter passerer gennem vores solsystem på årlig basis, men vi har aldrig fundet dem før.

Indtil 'Oumuamua.

En animation, der viser stien for den interstellære interloper nu kendt som ʻOumuamua. Kombinationen af ​​hastighed, vinkel, bane og fysiske egenskaber bidrager alle til den konklusion, at dette kom ud over vores solsystem. (NASA / JPL - CALTECH)

Da det kom gennem solsystemet, passerede det indre til Mercurys bane: ekstremt tæt på solen. Fordi vores teleskoper sjældent scanner meget tæt på Solen, opdagede vi det faktisk ikke, før det var krydset til den anden side af Jordens bane, da det allerede var på vej ud af solsystemet. Vi fandt det, da det var næsten det nærmeste punkt til vores verden, i en afstand af kun 23 millioner km: omkring 60 gange Jord-Mån-afstanden.

Det bevægede sig utroligt hurtigt ved nærmeste tilgang, og nåede en maksimal hastighed på 88 km / s: cirka tre gange så stor som den hastighed, hvormed Jorden kredser rundt om solen. Og alligevel var vi utroligt heldige for alt dette at trække det ud af dataene. Når vi engang havde de første indikationer på dens eksistens, men - hentet fra Pan-STARRS-undersøgelsen - havde vi dog muligheden for at følge op på disse observationer med en række store, kraftige teleskoper.

Pan-STARRS1-observatoriet på toppen af ​​Haleakala Maui ved solnedgang. Ved at scanne hele den synlige himmel til lav dybde, men ofte, kan Pan-STARRS automatisk finde ethvert bevægeligt objekt i vores solsystem over en bestemt tilsyneladende lysstyrke. Opdagelsen af ​​'Oumuamua blev foretaget på nøjagtig den måde ved at spore dens bevægelse i forhold til baggrunden af ​​faste stjerner. (ROB RATKOWSKI)

Den var langt rødere i farve end næsten alt andet, vi kender til: mest ligner de trojanske asteroider, som vi ser, der kredser omkring Jupiter. Det har en anden farve fra de ægte iskolde verdener, vi kender, inklusive centaurer, kometer og Kuiper-bælteobjekter, vi finder i vores eget solsystem. Men det var også utroligt kedeligt i en eller anden forstand og viste ingen molekylære, absorptions- eller emissionsfunktioner.

Det var mørkt, det var rødt, og ved at kombinere denne information med de lysstyrke- og afstandsmålinger, vi tog, kunne astronomer bestemme dens størrelse. Det var mindre end praktisk talt alle genstande, vi kender til, lige omkring 100 meter i størrelse. Observationerne viser, at der praktisk taget må have været noget støv: højst var der en teskefuld værdi af 0,000001 meter støv, der blev udsendt fra dens overflade. 'Oumuamua, uanset hvad dens oprindelse var, var bestemt slet ikke komet-lignende.

Når de kredser rundt om solen, kan kometer og asteroider bryde lidt op, med snavs mellem bidderne langs banen til bane bliver strakt ud over tid og forårsage de meteorbyger, vi ser, når Jorden passerer gennem denne affaldsstrøm. Et af de store gåder fra 'Oumuamua er hvorfor, da det blev afbildet af Spitzer (som tog billedet vist her), ikke blev fundet noget snavs af nogen type: det var helt point-lignende. (NASA / JPL-CALTECH / W. REACH (SSC / CALTECH))

I løbet af oktober, 2017, observerede en række teleskoper lysstyrken og hvordan den ændrede sig over tid. Over en tidsplan på ca. 3,6 timer varierede dens lysstyrke periodisk med en faktor 15: et uhørt stort antal for en komet eller asteroide. Den eneste forklaring er, at 'Oumuamua skal være et ekstremt langstrakt, roterende objekt. Uden støv, udgasning eller en mekanisme til at skjule lyset for det, må der ganske enkelt være nogen forskel i størrelse afhængig af dets orientering. Når vi ser den 'lange' retning af 'Oumuamua, ser vi den på dens lyseste; når vi ser dens "korte" retning, ser vi den på den svageste.

Lyskurven til 'Oumuamua, til højre, og den udledte, tumlende form og orientering fra selve kurven. (NAGUALDESIGN / WIKIMEDIA COMMONS)

Men så blev ting underligt. Da vi sporet ud af Oumuamua's vej, fandt vi, at en normal, perfekt hyperbolisk bane ikke helt passede. Der skete en yderligere acceleration, som om noget skubbede det ud over tyngdekraften. Mens nogle fremtrædende fortalere fremsatte ekstraordinære vilde forklaringer som udlændinge, var det ikke, hvad dataene angav.

Vi behøver ikke at ty til fantastiske forklaringer, når det verdslige vil gøre det. Bare fordi det ikke havde et koma - det mest almindelige træk ved is- og klippeverdener, der opvarmes - betyder det ikke, at der ikke kunne være nogen form for udgasning. Ved den lille størrelse og store afstand til 'Oumuamua, kunne vi konkludere, at det ikke havde en glorie af gas omkring sig, men vi ville ikke være i stand til at registrere en enkelt, diffus stråle af ejecta.

Komet 67P / CG som afbildet af Rosetta. 'Oumuamua er meget forskellig i form, størrelse og overfladesammensætning fra denne komet, men en udgasningstråle, der ligner denne, hvis off-center og off-axis, kunne forklare dens ellers anomale bevægelse. (ESA / ROSETTA / NAVCAM)

Hvordan kunne vi samle alle disse oplysninger for at give mening om dem på en konsekvent måde?

Det er muligt, men kræver en kombination af faktorer, vi aldrig har set før. I særdeleshed:

  • en udgasser jet, som vi så stamme fra det indre af Comet 67P / Churyumov – Gerasimenko,
  • ingen koma og dermed en overflade, der stort set er blottet for flygtige is,
  • et oprindelsessted ud over solsystemet,
  • og et organ, der ikke bare roterer, men tumler kaotisk, når det bevæger sig gennem solsystemet.

Dette er kun muligt, hvis der er en jet, der kommer ud fra 'Oumuamua, og jetjet er off-center og off-axis fra denne snurrende, tumlende interloper.

Asteroider indeholder nogle mængder flygtige forbindelser og kan ofte udvikle haler, når de nærmer sig nær Solen. Selvom ʻOumuamua muligvis ikke har en hale eller koma, er der meget sandsynligvis en astrofysisk forklaring på dens opførsel, der er relateret til udgasning og har absolut intet at gøre med udlændinge. (ESA-SCIENCEOFFICE.ORG)

Den utrolige konklusion er ikke kun, at 'Oumuamua kom uden for vores solsystem, men at dette var både sjældent og almindeligt. For et individuelt objekt som 'Oumuamua vil det sandsynligvis aldrig komme så tæt på et andet solsystem igen. Kun én gang hvert 100 billioner år - ca. 10.000 gange universets nuværende alder - vil det passere så tæt på en stjerne. Som videnskabsmand Gregory Laughlin udtrykte det, "dette var tidspunktet for 'Oumuamuas liv."

Men for vores solsystem, på grund af det store antal objekter som denne, der flyver gennem galaksen, oplever vi sandsynligvis et tæt møde som dette omkring et par gange om året. 2017 markerede første gang, vi så en sådan genstand, men vi har sandsynligvis fået milliarder af dem i løbet af vores solsystemes levetid. Nogle af dem, hvis naturen var venlige, har måske endda kollideret med Jorden.

Der kan være så mange som ~ 10²⁵ genstande som denne, der flyver gennem vores galakse. Hver gang så ofte er vi heldige nok til at støde på en af ​​dem. For første gang har vi faktisk set en for os selv.

Starts With A Bang er nu på Forbes og genudgivet på Medium takket være vores Patreon-tilhængere. Ethan har skrevet to bøger, Beyond The Galaxy, og Treknology: The Science of Star Trek fra Tricorders til Warp Drive.