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新的形成理论解释了神秘的星际物体“奥陌陌”

日期:
2020年4月13日
来源:
加州大学圣克鲁斯分校
简介:
自2017年被发现以来,一种神秘的气氛笼罩着第一个已知的访问我们太阳系的星际物体,这是一个细长的雪茄形物体,名为“Oumuamua”。它是如何形成的,又从何而来?一项新的研究首次为这些问题提供了全面的答案。
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完整的故事

自2017年发现以来,一种神秘的气氛笼罩着第一个已知的访问我们太阳系的星际物体,这是一个细长的雪茄形物体,名为“Oumuamua”(夏威夷语,意为“远方的信使首先到达”)。

它是如何形成的,又从何而来?一项新研究于4月13日发表在《科学》杂志上自然天文学爱博网站为这些问题提供了第一个全面的答案。

中国科学院国家天文台的第一作者张云和加州大学圣克鲁斯分校的合著者道格拉斯·n·c·林利用计算机模拟展示了像Oumuamua这样的物体是如何在潮汐力的影响下形成的,就像地球上的海洋一样。他们的形成理论解释了奥陌陌所有不寻常的特征。

加州大学圣克鲁斯分校天文学和天体物理学名誉教授林说:“我们发现,在它们的母体与宿主恒星近距离接触期间,类似奥陌陌的星际物体可以通过广泛的潮汐碎片产生,然后被喷射到星际空间。”爱博网站

张说,奥陌陌于2017年10月19日由位于夏威夷的全景巡天望远镜和快速反应系统1 (Pan-STARRS1)发现,它与我们太阳系中的任何东西都不一样。它干燥的表面,异常细长的形状和令人费解的运动甚至让一些科学家怀疑它是否是一个外星探测器。

张说:“它确实是一个神秘的物体,但一些迹象,比如它的颜色和没有无线电发射,表明‘奥陌陌’是一个自然物体。”

“我们的目标是提出一个全面的方案,基于我们熟知的物理原理,把所有诱人的线索拼凑起来,”林说。

天文学家曾预计,他们探测到的第一个星际物体将是一颗类似彗星的冰冷天体。奥尔特云是我们太阳系最外层的一个彗星储存库,像奥尔特云这样的冰冷天体在离宿主恒星很远的地方进化,富含挥发物,经常被引力相互作用甩出宿主系统。由于挥发性化合物的升华,当彗星被太阳加热时,会产生彗发(或“彗尾”),因此它们也是高度可见的。然而,Oumuamua的干燥外观与太阳系小行星等岩石天体相似,表明了不同的喷射情景。

其他研究人员已经计算出,一定有大量像奥陌陌这样的星际物体。“奥陌陌的发现意味着星际岩石天体的数量比我们之前想象的要大得多,”张说。“平均而言,每个行星系统应该总共喷射出大约100万亿个像Oumuamua这样的物体。我们需要构建一个非常常见的场景来生产这种物体。”

当一个较小的天体非常接近一个较大的天体时,较大天体的潮汐力会将较小的天体撕裂,就像舒梅克-列维9号彗星接近木星时发生的那样。潮汐破坏过程可以将一些碎片喷射到星际空间,这被认为是“奥陌陌”的可能起源。但这样的过程是否能解释Oumuamua令人费解的特征仍然非常不确定。

张和林用高分辨率的计算机模拟了一个物体在恒星附近飞行的结构动力学模型。他们发现,如果这个物体离恒星足够近,恒星就会把它撕成非常细长的碎片,然后喷射到星际空间中。

“当我们考虑到恒星相遇期间物质强度的变化时,细长的形状更引人注目。长轴与短轴的比例甚至可以大于10:1。”

研究人员的热模型显示,由于初始天体的破裂而产生的碎片表面将在离恒星很近的地方融化,并在更远的地方重新凝聚,从而形成一个有凝聚力的地壳,这将确保细长形状的结构稳定性。

“在恒星潮汐破坏过程中的热扩散也消耗了大量的挥发物,这不仅解释了Oumuamua的表面颜色和没有可见的昏迷,而且还阐明了推断出的星际人口的干燥,”张说。“然而,埋在地表下的一些高升华温度的挥发物,比如水冰,可以保持凝结的形式。”

对Oumuamua的观测显示没有彗星活动,只有水冰是可能的排气源,以解释它的非引力运动。如果“奥陌陌”是按照张和林的设想产生并喷射出来的,那么在它穿越太阳系的过程中,大量残留的水冰可能会被激活。由此产生的气体释放将导致加速,与“奥陌陌”彗星般的轨道相匹配。

“潮汐破碎的场景不仅提供了一种形成单一‘奥陌陌’的方法,而且还解释了大量类似小行星的星际物体,”张说。

研究人员的计算证明了潮汐力在产生这种物体时的效率。可能的祖先,包括长周期彗星、碎片盘,甚至是超级地球,都可能在恒星相遇时变成“奥陌陌”大小的碎片。

这项工作支持了对大量“奥陌陌”类星际物体的估计。由于这些天体可能会穿过可居住区域,因此不能排除它们携带能够产生生命的物质(称为生源说)的可能性。“这是一个非常新的领域。这些星际物体可以提供关于行星系统如何形成和演化的关键线索。”

据林说,“奥陌陌只是冰山一角。我们预计,通过即将到来的Vera C. Rubin天文台的未来观测,将发现更多具有类似特征的星际访客。”

美国海军学院天文学家马修·奈特是奥陌陌国际空间科学研究所团队的共同负责人,他没有参与这项新研究,他说这项工作“在用一个单一的、连贯的模型解释奥陌陌的各种不同寻常的特性方面做得非常出色。”

“随着未来几年星际物体的发现,看看是否有任何类似oumuamua的特性将是非常有趣的。”如果是这样,这可能表明这项研究中描述的过程是普遍存在的,”奈特说。

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故事来源:

材料所提供的加州大学圣克鲁斯分校。原著作者:蒂姆·斯蒂芬斯。注:内容可能会根据风格和长度进行编辑。


期刊引用

  1. 张云,林北昌。潮汐破碎作为1I/2017 U1 (' Oumuamua)的起源自然天文学爱博网站, 2020;DOI:10.1038 / s41550 - 020 - 1065 - 8

引用此页

加州大学圣克鲁斯分校。“新的形成理论解释了神秘的星际物体‘奥陌陌’。”《科学日报》。《科学日报》,2020年4月13日。< www.koonmotors.com/releases/2020/04/200413165627.htm >。
加州大学圣克鲁斯分校。(2020年4月13日)。新的形成理论解释了神秘的星际物体“奥陌陌”。《科学日报》。2023年6月20日检索自www.koonmotors.com/releases/2020/04/200413165627.htm
加州大学圣克鲁斯分校。“新的形成理论解释了神秘的星际物体‘奥陌陌’。”《科学日报》。www.koonmotors.com/releases/2020/04/200413165627.htm(2023年6月20日访问)。

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