Откуда взялся межзвездный объект Оумуамуа?

Новое исследование предполагает, что астрономы смогут выяснить, из каких звезд происходят межзвездные объекты, такие как Оумуамуа, и, следовательно, кое-что об их составе, исходя из их скорости, когда они входят в нашу Солнечную систему. Пока что астрономы обнаружили только два подтвержденных межзвездных объекта (ISO) в нашей Солнечной системе: Оумуамуа и 2I/Борисов.

Они как нельзя более отличались друг от друга: «У Оумуамуа не было никакого кометного хвоста, тогда как Борисов выглядел как типичная комета. Однако свойства их родных планетных систем отпечатаны на них обоих, сказал аспирант Мэтью Хопкинс из Оксфордского университета в Англии, который провел новое исследование и представил его на Национальном астрономическом собрании Великобритании в начале июля.

«Поскольку они исходят от других звезд, их свойства будут коррелировать с этими звездами», — сказал Хопкинс Space.com. Хотя на сегодняшний день мы заметили только два ISO, ожидается, что тысячи из них проходят через нашу солнечную систему в любой момент времени, большинство из них слишком далеко от нас, чтобы их можно было обнаружить.

Однако большинство или все эти ИСО, вероятно, начали свою жизнь как кометы вокруг других звезд, прежде чем столкновение с планетой размером с Юпитер или, возможно, с пролетающей звездой выбросило их в межзвездное пространство.

В нашей Солнечной системе «на каждую комету, которую Юпитер [и Нептун] толкнули в Облако Оорта, приходится 10 полностью выброшенных, а в Облаке Оорта находится триллион объектов», — сказал Хопкинс. Подсчитав, легко прийти к выводу, что ИСО «являются самыми многочисленными объектами в галактике Млечный Путь».

Движущиеся группы межзвездных объектов

Каждая звезда движется по галактике в своем собственном темпе, и вместе они образуют движущиеся группы, связанные с точкой их происхождения, что, в свою очередь, соответствует их внутренней химии. Звезды с наиболее тяжелыми элементами, такие как наше Солнце, живут в «тонком диске» галактики, плоскости в спиральных рукавах толщиной около 400 световых лет.

Его окружает «толстый диск», который может простираться на 1000 световых лет над плоскостью галактики и содержит в основном старые звезды с меньшим количеством тяжелых элементов. Популяции звезд, принадлежащих каждому диску, имеют разное распределение скоростей.

Поскольку ISO, которые они выбрасывают, имеют ту же скорость относительно Солнца, что и их родительская звезда, они, как правило, придерживаются одних и тех же движущихся групп, но эти движущиеся группы все время пересекают путь Солнца. «Солнце, по сути, сталкивается с ними», — сказал Хопкинс.

Это означает, что мы должны предпочтительно ожидать увидеть ISO, исходящие от «солнечной вершины», которая является направлением движения Солнца относительно других ближайших звезд. «Оумуамуа находился очень близко к вершине Солнца, — сказал Хопкинс. «Борисов был немного дальше, но все же довольно близко [к вершине Солнца], и мы ожидаем, что оттуда придет большинство из них».

Прибытие с этого направления означает, что они максимально приблизится к солнцу, где их легче всего обнаружить, в то время как они находятся в небе Южного полушария — в том же небе, которое будет исследовать новая обсерватория Веры Рубин. Ожидается, что Вера Рубин откроет сотни новых ISO.

Более медленные ISO содержат меньше воды

Чем ниже относительная скорость ISO по сравнению с солнцем, тем больше вероятность того, что он упадет внутрь Солнечной системы, где мы сможем его обнаружить; быстрые будут просто проноситься мимо, не обязательно сильно притягиваемые гравитацией солнца.

Относительная скорость ISO связана с относительной скоростью его родительской звезды, которая существенно зависит от того, происходит ли эта звезда из тонкого диска с большим количеством тяжелых элементов или из толстого диска с меньшим количеством тяжелых элементов.

«Мои результаты показывают, что скорость ISO коррелирует с ее составом, и благодаря этому мы можем получить представление о типах звезд, из которых они могли появиться», — сказал Хопкинс. Ожидается, что ISO с более низкой скоростью (относительно Солнца) исходят из тонкого диска, где звезды и сопутствующие им планетные системы формируются из газа и пыли, содержащих более тяжелые элементы.

Чем больше тяжелых элементов содержится в газопылевом диске, образующем планеты и кометы, тем меньшую долю воды будет иметь изоцианат. Это связано с тем, что протопланетный диск, богатый более тяжелыми элементами, содержит много углерода, а углерод (а также железо, магний, кремний и сера) способен поглощать все свободные атомы кислорода, по два за раз, с образованием молекул углекислый газ.

Вода может образовываться только из любых оставшихся атомов кислорода, а это означает, что изоцианаты, образующиеся внутри этих дисков, обычно содержат более низкую долю воды.

Может ли недостаток воды объяснить, почему у Оумуамуа не было кометного хвоста? «Поскольку у него была более низкая скорость по сравнению с Солнцем, он, вероятно, исходил от звезды тонкого диска с более тяжелыми элементами», — сказал Хопкинс. Тем не менее, он стремится указать на оговорку, что мы не знаем историю Оумуамуа — он мог потерять воду и другие летучие элементы каким-то другим образом.

Возможно, они были уничтожены космическими лучами во время путешествия через межзвездное пространство, например, или слишком много близких проходов к своей родительской звезде, прежде чем она была выброшена.

Борисов, с другой стороны, был в среднем диапазоне по содержанию воды на основе спектральных наблюдений за его хвостом. Имея в настоящее время только два примера ISO, трудно сделать слишком много выводов.

Однако, как только обсерватория Веры Рубин заработает в конце этого десятилетия, сотни ISO, которые она должна найти, смогут дать более полную картину того, откуда они берутся и каковы их химические свойства.

«Если есть предубеждение в отношении того, что ISO движутся подобно солнцу, падающему во внутреннюю часть Солнечной системы, то мы ожидаем увидеть больше ISO от тонкого диска», — сказал Хопкинс.

Это может означать, что мы увидим больше объектов, похожих на Оумуамуа, чем на Борисов. Только время покажет, насколько верен этот прогноз.