神秘的星際訪客
2023-04-01 04:34:47 2
近距離恆星的潮汐撕裂。張贇/國家天文臺
迄今為止，銀河系中旋轉最快的恆星是紅色的五星，黃色的圓圈是太陽。國家製圖觀察站
數值模擬得到的Olmo。張贇/國家天文臺
如果你對天文學感興趣是因為外星人或外星文明，那麼這個叫奧爾茂的小傢伙也許能在一定程度上滿足你對天文學探索的許多想像。
奧羅莫是侵入太陽系的天體，也是人類在太陽系探測到的第一個外星人。然而，它是什麼，外星飛船，來自外星系的彗星，還是小行星？這個問題曾經困擾著世界上無數的天文學家。
最近，天文學家給出了他們最新的答案:這位星際遊客可能是一個行星體的碎片。中國科學院國家天文臺博士後張贇和加州大學聖克魯斯分校教授林超在國際學術期刊《自然-天文學》上發表了他們的研究成果。他們提到，他們首次通過數值模擬全面系統地再現了奧羅莫的所有特徵。
奧爾茂的生活之謎已經完全解開了嗎？
「隱形」客人
在解決這個天文問題的過程中，天文學家就像偵探一樣，進行猜測和驗證。破案的第一步是找到嫌疑犯。
2017年10月，這個長約100米、比例為6: 1至10: 1的小天體首次以每秒25.5公裡的速度進入太陽系，然後達到每秒44公裡。
這個速度引起了天文學家的注意。更令人驚訝的是，星際遊客的軌跡遵循雙曲線，這顯然不同於普通太陽系中的小行星或彗星。天文學家初步判斷這傢伙來自太陽系之外。
從它的絕對大小來看，這個「闖入者」並不大，但相對來說，它比太陽系中那些小天體的長軸和短軸之比要大得多，而且有著極其特殊的狹長形狀。因此，有些人用雪茄的形狀來描述它的外觀。
那一年，國際天文學界給它起了個名字，叫做「奧羅莫」，意思是「遠方的信使」。作為人類發現的第一個星際物體，奧羅莫的到來引起了全世界的關注。
是誰呀？
彗星？這是猜測之一。張贇說，在奧羅莫之前，現有的行星系統理論認為彗星更有可能被它們原來的行星系統「拋棄」。從人類過去的觀察經驗來看，由於彗星比同樣大小的小行星更亮，所以大多數可觀察到的星際物體也是彗星。
為了把推測變成結論，天文學家需要做的是:驗證。
世界各地的許多天文學家正在採取行動。他們希望用觀察方法來驗證奧羅莫屬於彗星的推測。
然而，即使幾乎所有的望遠鏡都被部署好了，天文學家仍然沒有在這位星際遊客身上發現任何彗星的影子——他們也沒有發現任何向外噴射氣體和塵埃的跡象。
所以天文學家有了一個新的推測:奧羅莫，它有可能是一顆小行星嗎？
然而，令他們沮喪的是，奧羅莫是一個「看不見的客人」——人類僅僅依靠現有的技術很難捕捉到它運動的速度和亮度，並且在沒有物體反射率的詳細信息的情況下只能得到一個粗略的光譜。
2018年，天文學家發射了人類歷史上最大的紅外望遠鏡——斯皮策望遠鏡，試圖再次捕捉奧爾默特。然而，這個運行在太陽軌道上的人類探測器卻以失敗告終，它的飛行路線與奧羅莫最為接近，並且有著很高的期望。
"它走得太遠了，任何人的望遠鏡都無法探測到。"斯皮策望遠鏡小組的科學家解釋了這一點。
就這樣，奧羅莫漸行漸遠。在人們能清楚地看到它之前，神秘的星際遊客似乎已經「消失」了。
許多未解之謎
天文學家自然不想錯過這個千載難逢的機會。從某種意義上說，在奧羅莫之前，人類從未有過如此近距離的機會了解太陽系以外的任何東西。
奧羅莫消失兩年後，許多關於它的謎團仍未解開。例如，它的軌跡——這位遊客似乎來去自由，不受太陽系的限制，目前正沿著雙曲線軌跡前進，幾年後可能會穿過太陽系，再也不會回來。
在對奧羅莫軌道數據進行統計研究後，天文學家發現，只有引入一個相當大的非引力項，才能合理解釋其軌道。換句話說，這位星際遊客能夠加速離開太陽系的原因是由於一種非重力。
這再次提醒天文學家，彗星——向外釋放氣體的彗星——可以提供這樣的非重力加速度。然而，這種解釋與人們關於奧羅莫不是「彗星」的猜測背道而馳。
另一種解釋是，奧爾默特通過太陽光壓力有非重力加速度，但這僅適用於大面積質量比的物體——這要求奧爾默特有一個異常鬆散的結構。
「檢測」過程一度陷入僵局。天文學家對奧羅莫的起源和成為星際物體的過程也非常困惑。一些科學家甚至推測奧羅莫可能與外星生命有某種聯繫。
「有沒有可能它是被它最初所在的恆星『拋出』的？」張贇做了一個大膽的假設。
根據奧羅莫的光譜特性，天文學家發現這位遊客從其原始行星系統中的恆星接收到強烈的熱輻射，這一特徵可以通過近距離飛越恆星而產生。張贇說，如此近距離的接觸可能會因恆星的潮汐作用而撕裂奧羅莫的母親身體，並將奧羅莫從原始系統中驅逐出去。
「正是這種看似平凡的性質啟發我們研究潮汐撕裂星際天體的形成理論。」張贇說。
就這樣，最新的「檢測」開始了。
神秘的面紗已經揭開
第一個上臺的是超級計算機，它強大的計算能力幫助天文學家進行數值模擬。結果表明，恆星的潮汐力確實把天體撕成了許多細長的碎片。同時，潮汐的作用也增加了一些碎片的速度，從而超過了恆星的逃逸速度。換句話說，這些碎片會從恆星中逃逸出來，成為星際物體。
相應地，超級計算機「畫出」這些碎片的外觀:長軸與短軸的比例大多高於5: 1，有些甚至高於10: 1。在某種程度上，這解釋了奧羅莫極其特殊的狹長形狀。
更重要的是，數值模擬結果表明，在潮汐破碎過程中，這些碎片的表面會被恆星烤焦並最終融化，而當它們遠離恆星時，融化的表面會再次凝結。在這個過程中，碎片的整個結構將具有很強的結合力，從而保持細長結構形成的穩定性。
潮汐像生命線一樣撕裂了星際天體形成的理論。天文學家抓住了破解密碼的關鍵，並取得了非凡的進展。許多曾經困擾人類的問題似乎一個接一個地浮出水面-
根據數值模擬，恆星的熱輻射會加熱這些碎片的內部。結果，這些碎片中的揮發性氣體將被排出。
「正因為如此，這些碎片失去了它們明顯的彗星活動，而它們的光譜特性具有小行星的特徵。」張贇說。
對於這些星際遊客的非重力加速度也有一個解釋。
根據熱力學分析，一些升華溫度較高的揮發性物質，如水冰，可以很好地保存在地下幾十釐米的地方。這些水和冰在奧爾茂的旅程中扮演了重要的角色。
張贇說，在前往奧羅莫太陽系的短暫旅程中，剩餘的水冰將被太陽的熱輻射激活並噴發，從而提供人類所觀察到的非重力加速度。
至此，奧羅莫的神秘面紗已經基本揭開。簡而言之，這位星際遊客可能是太陽系外行星體的一個碎片——一個被原始行星系統中恆星的潮汐作用撕裂並拋出的碎片。
耶魯大學天文學教授格雷戈裡·拉布林用「非常聰明」來描述這項研究。他認為，這項研究用行星系統演化過程中的普遍現象解釋了奧羅莫的所有特徵，展示了星際物質擴散的高效率，為人類理解行星系統的形成和演化提供了關鍵線索。
還有奧羅莫人嗎？
如果奧姆人走了，還會有更多的奧姆人來嗎？甚至，太陽系會「拋棄」自己內部的奧羅莫人嗎？這些是奧羅莫留給天文學家的新問題。
張贇的觀點是，由於潮汐力的強度隨著恆星密度的增加而增加，這種潮汐撕裂現象可能發生在密度較高的低恆星附近。然而，對於太陽來說，它的密度相對較低，不足以產生這種現象。因此，人類在太陽系中沒有發現任何類似奧羅莫的小天體。
然而，在張贇看來，一個類似奧羅莫的星際天體穿越太陽系並非偶然。
據估計，太陽系周圍的每個恆星系統平均產生至少數百萬個類似的星際物體，這可以解釋奧羅莫人闖入太陽系的可能性張贇說。
事實上，通過分析可能的來源和種群分布，天文學家發現直徑幾千米的彗星和地球大小的行星都可能是類似於奧羅莫的星際物體的種群，在它們被潮汐作用撕裂和拋出之前。這些種群產生的星際物體的數量可以解釋奧羅莫的出現概率。
"在奧羅莫之後，人們不得不完全改變對星際物體的感知."奧羅莫國際科學研究所的聯合主任馬修·奈特認為，最新的研究很好地解釋了奧羅莫之謎。
他的期望之一是，天文學家將在未來幾年內發現新的星際物體，看看它們是否具有與奧羅莫相似的性質。「這將非常有趣。如果是這樣，它將表明該機制描述的過程是通用的。」馬修·奈特說。
張贇還認為，隨著中國和世界上各種望遠鏡的建造和運行，將來會在太陽系發現更多的星際物體。天文學家還將對這些天體的性質有更深入的了解，並對星際天體的數量有更準確的評估。
到那時，人類會有更多的新發現，特別是在生命起源和外星生命方面的突破嗎？
正如風化層拉布林所說的:由於這些星際物體在被拋出之前會反覆穿過原始行星系統的可居住區，這意味著構成生命的有機物質很可能會通過這些物體在恆星間擴散。這些將為人類探索生命起源的奧秘提供新的思路。
