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人類發現的第一個星際天體“奧陌陌”(1I/‘Oumuamua)的起源被中美天文學家揭曉

人類發現的第一個星際天體“奧陌陌”(1I/‘Oumuamua)的起源被中美天文學家揭曉

人類發現的第一個星際天體“奧陌陌”(1I/‘Oumuamua)的起源被中美天文學家揭曉(© NASA . European Southern Observatory/M. Kornmesser)

張-林數值模擬得到的奧陌陌(來源:國家天文臺/張韻)

張-林數值模擬得到的奧陌陌(來源:國家天文臺/張韻)

近距飛越恒星潮汐撕裂過程(來源:國家天文臺/張韻)

近距飛越恒星潮汐撕裂過程(來源:國家天文臺/張韻)

藝術家描繪的奧陌陌潮汐撕裂形成過程(來源:北京天文館/喻京川)

藝術家描繪的奧陌陌潮汐撕裂形成過程(來源:北京天文館/喻京川)

(神秘的地球uux.cn報道)據中國科學院國家天文臺:人類確認發現的第一個星際天體奧陌陌的起源剛被揭曉。北京時間4月13日,國際學術期刊《自然·天文》(Nature Astronomy) 在線發布了中國科學院國家天文臺張韻博士與美國加州大學圣克魯茲分校林潮教授的研究論文,揭示了這類星際天體的形成機制和成為星際天體的過程。論文提出的新模型表明奧陌陌可能是被原行星系統中恒星的潮汐作用撕碎并甩出的碎片,數值模擬結果首次全面系統地復現了奧陌陌的所有特征。

2017年10月,天文學家發現了一顆闖入太陽系的系外小天體,國際天文學聯合會將其命名為“奧陌陌”(1I/‘Oumuamua)。作為人類觀測到的首個星際天體,奧陌陌的到來引起了全球廣泛關注。與此同時,奧陌陌獨特的性質也引發了學術界對原有星際天體形成和演化機制的重新討論。奧陌陌長約為100米,長短軸的比例為6:1–10:1,遠遠大于已知太陽系內小天體的長短軸比例,具有極其特殊的狹長外形。奧陌陌在運動過程中伴隨著快速旋轉,并且它的自轉軸不固定。

在奧陌陌被發現之前,現有的行星系統理論認為彗星更容易被其原有行星系統甩出,并且由于彗星比同尺寸的小行星更為明亮,可觀測到的星際天體應多為彗星。因此,天文學家希望利用觀測的手段驗證奧陌陌屬于彗星的猜想。但是,即便調用了幾乎所有的天文望遠鏡,人們都沒有發現它有向外噴射氣體和塵埃的跡象,從而推測奧陌陌是一顆小行星而非彗星。然而在對奧陌陌軌道數據進行統計研究后發現,只有引入一個相當大的非引力項才能使其軌跡得到合理解釋。彗星的向外噴氣行為能夠提供這樣的一個非引力加速度,但這似乎不能解釋擁有小行星外表的奧陌陌。而因太陽光壓作用引起的非引力加速度僅對具有超大面積-質量比的物體才有效——這需要奧陌陌具有超乎尋常的疏松結構。在奧陌陌消失兩年后,關于它的形狀和非引力加速度的謎團仍未解開,它的起源和成為星際天體的過程令天文學家們十分困惑,甚至有科學家猜測奧陌陌與外星生物存在有所關聯。

“奧陌陌的光譜性質顯示它在原來的行星系統中曾經受到恒星的強烈熱輻射,這個特征可以通過近距飛越恒星產生,而如此近距離的接觸可能使得奧陌陌的母體被恒星的潮汐作用撕裂,并將奧陌陌甩出原系統,”論文第一作者與通訊作者張韻談到,“正是這一個最平凡的性質啟發了我們著手研究潮汐撕裂星際天體形成理論”。通過使用超級計算機對天體近距飛越恒星過程中的結構和熱力學演化展開高分辨率的數值模擬研究,他們發現恒星的潮汐力會將天體撕碎成許多的細長型碎片,同時潮汐作用可使部分碎片的速度增大至超過恒星的逃逸速度,使它們成為星際天體。這些碎片具有翻滾旋轉的特征,長短軸的比例大多數高于5:1,有些甚至能夠高于10:1。在潮汐撕碎過程中,這些碎片的表面因恒星熾熱灼烤而融化。當遠離恒星時,融化的表面重新凝結使得碎片的整體結構具有很強的粘結力,從而可以維持所形成的細長形狀的結構穩定性。恒星的熱輻射同時也會加熱這些碎片內部,使得它們體內的可揮發性氣體(如一氧化碳等)大量消耗殆盡。因此,它們的光譜性質具有小行星的特征并失去了明顯的彗星活動表現。同時,熱力學分析顯示,一些升華溫度較高的可揮發性物質(如水冰等)能夠在地下數十厘米處保存完好。在奧陌陌的太陽系短途旅行中,這些剩余的水冰可被太陽的熱輻射激活噴發,提供了所觀測到的非引力加速度。由于潮汐力的強度隨著恒星密度的增大而增強,這種潮汐撕裂現象能夠發生在密度較大的矮恒星附近。而對于太陽而言,其密度相對較低,不足以產生這樣的現象,因此太陽系內并未發現類似奧陌陌的小天體。

“類似奧陌陌的星際天體穿越太陽系不應該是一個偶然事件,從概率上估計,每個太陽系周圍的恒星系統平均至少可以產生百萬億數量級的類似星際天體,才能夠解釋奧陌陌闖入太陽系事件的發生概率!睆堩嵮a充道。通過分析可能的母體來源及數量分布,他們發現從數千米直徑的彗星到地球大小的行星均有可能是類奧陌陌星際天體在被潮汐撕碎甩出前的母體,所產生的星際天體數量恰好可以解釋奧陌陌的出現概率。

隨著我國和國際上各個巡天望遠鏡的建設和投入使用,未來將會在太陽系內發現更多的星際天體,到那時,我們將會更深入地了解這些天體的性質,對星際天體的數量有著更精確的評估。奧陌陌國際空間科學研究所共同負責人馬修·奈特評價道:“在奧陌陌之后,我們不得不徹底改變我們對于星際天體的認知。這項研究提出的星際天體形成機制出色地解釋了關于奧陌陌的所有謎團,我們期待在未來幾年內會發現新的星際天體,看看它們是否具有類似奧陌陌的性質將是非常有趣的。 如果是這樣,則可能表明這個機制描述的過程是普遍的”。

耶魯大學天文系教授格雷戈里·拉夫林表示,這項研究非常巧妙地運用行星系統演化過程的普遍現象解釋了奧陌陌所有的特征,顯示了星際間物質擴散的高效性,為人類理解行星系統的形成和演化提供了關鍵線索。由于這些星際天體在被甩出前反復經過原行星系統的宜居帶,組成生命的有機物質可能通過這些天體在星際間傳播,為人類探索生命起源的奧秘提供了新的思路。

相關報道:中國科學家提出解釋太陽系首個天際來客——奧陌陌(Oumuamua)起源和驚人特性的理論

(神秘的地球uux.cn報道)據俄羅斯衛星網:《每日郵報》報道,中國科學家提出一套解釋太陽系首個天際來客——天體奧陌陌(Oumuamua)起源和驚人特性的理論。

中國科學院國家天文臺張云教授和加州大學圣克魯茲分校的道格拉斯·林教授在《自然·天文學》雜志刊文稱,奧陌陌曾經是一顆行星,一次接近大質量恒星后毀壞并變形。

計算機建模也揭示出為什么奧陌陌一直旋轉——原因在于天體固態熔化的外殼之下有殘留輕水化合物。這個星際來客飛入太陽系后,天體深處的氣體爆發出來,使其加速,這就能解釋為什么這顆星體并非平穩旋轉。

此前馬克斯·普朗克射電天文學研究所的研究人員稱奧陌陌的母星有四種可能,皆為矮星。

“奧陌陌”在夏威夷語中是“偵察兵”或“遠方的信使”的意思。

相關報道:計算機建模為奧陌陌之類的星際天體給出了新的解釋

(神秘的地球uux.cn報道)據cnBeta:2017年底首次發現的雪茄狀的神秘星際天體“奧陌陌”(Oumuamua),曾引發天文學家和愛好者的諸多疑問和爭論。哈雷阿卡拉天文臺用夏威夷語將其命名為“遠方信使”,預計其長度在 330 ~ 3280 英尺(100 ~ 1000 米)、寬度為 115 ~ 548 英尺(35 ~ 167 米)。通過計算機建模,科學家們對奧陌陌之類的星際天體,又有了新的解釋。

奧陌陌有著深紅色的外觀,能夠像其它小行星一樣在太空中旋轉。但極其細長的形狀,使之在其它太空碎片中脫穎而出。在進入太陽系之后,天文學家發現其并未處于平穩的旋轉狀態,而且運動相當迅速,使得科學家確信其起源于我們的太陽系之外。

盡管有人推測奧陌陌可能是外星來物,但普遍共識仍是純天然。近日,中國科學院國家天文臺的 Yun Zhang 和圣克魯斯大學的 Douglas N. C. Lin,認為他們已經有了更好的答案。通過計算機建模,兩人展示了奧陌陌之類的星際物體是如何誕生的。簡而言之,它們都受到了類似于地球海洋的潮汐力的影響。模型顯示,若一個物體飛行得離恒星足夠近,就有可能被撕裂成極長的碎片、然后將之彈出星際空間,同時熱建模有助于解釋奧陌陌為何能夠保持長而類似雪茄的形狀。

碎片表面可在靠近恒星時融化,然后再遠離恒星時再次凝結。在此過程中,星際天體會具有粘性外殼,有助于保持其穩定性。至于外表的暗紅色,Zhang 認為在恒星的潮汐力破壞過程中,熱擴散消耗了大量的揮發物,同時這也解釋了這類星際物體的干燥程度。像水冰一樣的高升華溫度揮發物,仍可能被困在巖石表面下。在汽化過程中,它又可以充當天然的火箭燃料,讓奧陌陌像彗星一樣加速。

盡管沒有外星人理論那樣令人興奮,但新理論至少表明奧陌陌之類的星際物體在太空中并不孤單,甚至對生命的產生有新的解釋。一種可能性是,某些星際旅行者可能是快速移動的孵化器,在穿越宜居帶時拾取微生物或其化學前提,然后將之播撒到宇宙中的其它地方。




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