Оумуамуа - перший міжзоряний гість

Повернутись до [ Зміст розділу "Планетарій" ]

Приблизно в 1837 році дивний космічний об'єкт пройшов на відстані в тисячу астрономічних одиниць від Сонця. Більше сотні років він рухався в напрямку до нас, будучи непоміченим. Але врешті-решт 19 жовтня 2017 року люди виявили непримітного відвідувача.

Оумуамуа в поданні художника. Дослідники припускають, що наш міжзоряний гість має червонуватий колір і дуже витягнуту форму. Такі висновки вони зробили на основі даних про світло, яке відбиває цей об'єкт.
Фото: Ron Miller for Astronomy

Слабку тонку смужку було видно на знімку гавайського телескопа Pan-STARRS1, зробленому з витримкою в 45 секунд. Наступного ранку дослідник Роберт Уерік, який працює в постдокторантурі, знову виявив смужку і провів порівняння з фотографією, зробленою напередодні. Об'єкт був на місці. Він неухильно рухався небом, щодня покриваючи відстань у 6,2°.

До 22 жовтня було зрозуміло дві речі. По-перше, об'єкт рухається гіперболічною траєкторією. Це означає, що він робить проліт повз Сонце всього один раз - загадковий гість більше ніколи не відвідає нашу систему. По-друге, якщо взяти до уваги дані про його орбіту, то стає зрозуміло, що походження цього об'єкту ніякого відношення до Сонячної системи взагалі не має.

На цьому знімку, який отримано від космічного апарату «Розетта» в травні 2015 року, видно процеси дегазації на кометі 67Р / Чурюмова-Герасименко. Подібні процеси могли стати причиною незвичайного прискорення Оумуамуа в процесі його наближення до Сонця.
Фото: ESA/Rosetta/NAVCAM

Це був наш перший міжзоряний гість. Він має офіційне найменування 1I / 2017 U1. Але він більш відомий як Оумуамуа, що в перекладі з гавайської означає «посланець здалеку, що прибуває першим». Оумуамуа рухається дуже швидко: після його відкриття дослідникам було надано лише 4 місяці для вивчення. Після спливання цього терміну об'єкт відійшов настільки далеко від Сонця, що у вчених пропала технічна можливість спостереження за ним. За такий короткий термін він дав нам деякі відомості про своє походження. Але питань залишилося більше, ніж відповідей.

Незвичайна космічна брила

Оумуамуа підійшов найближче до Землі 14 жовтня 2017 року - тоді відстань між нашою планетою і цим об'єктом становила 0,16 а.о. (близько 60 відстаней від Землі до Місяця). Приблизно за тиждень Оумуамуа помітив Уерік. Об'єкт пройшов перигелій (найближчу до Сонця точку) більш ніж за місяць до свого відкриття, пройшовши на відстані в 0,25 а.о. від нашого світила. Оумуамуа увійшов в нашу систему, наближаючись до Сонця на швидкості 26 км/с, а тоді чкурнув від нього на швидкості майже 88 км/с. Навіть космічний телескоп "Хаббл" втратив можливість його спостереження після січня 2018 року.

Між жовтнем 2017 і січнем 2018 між астрономами почалася справжня штовханина за можливість провести якомога більше спостережень Оумуамуа за допомогою телескопів. І спостережень накопичилося під вісім сотень. Дослідники почали з вимірювання показників відбитого світла. Згодом ці дані дозволили їм створити криву блиску для об'єкта, яка давала інформацію про його обертання в просторі, розміри та форму.

Оумуамуа увійшов до Сонячної системи «зверху» по відношенню до площини, в якій обертаються планети. Грунтуючись на даних про його прискорення, астрономи підрахували, що на той час, як Оумуамуа досяг орбіти Юпітера (травень 2018 року), він перебував приблизно на сто тисяч кілометрів попереду того місця, де він повинен був знаходитися, якщо б його прискорення обумовлювалося виключно гравітацією. Планети на зображенні представлено в тому положенні, в якому вони перебували 19 жовтня 2017 року.
Фото: Astronomy - Roen Kelly (тисніть для збільшення)

Яскравість відбитого світла Оумуамуа періодично змінювалася більш ніж вдесятеро. Це вказувало на те, що об'єкт обертається. Взявши за основу коливання його яскравості, вчені визначили, що Оумуамуа має довжину в діапазоні від 100 до 400 метрів. Його довжина приблизно в 6-10 разів більше, ніж його ширина. Найімовірніше він виглядає, як сигарета або сильно сплющений овал. Оумуамуа екстремальний по стандартам нашої системи - в околицях Сонця досі не вдавалося виявити настільки витягнуті об'єкти. І навіть, якщо б нам вдалося виявити подібне тіло, то пояснення процесів його формування в контексті походження Сонячної системи завело б нас в глухий кут.

Відбите світло підказало нам дещо про обертання Оумуамуа: наш гість обертається з періодом в 8,7 години по малій напівосі і 54,5 години по великій. Такий тип руху поширений серед малих тіл Сонячної системи, особливо якщо вони мають схожий з Оумуамуа розмір. Але астрономи не можуть сказати, чи були його параметри обертання такими ж, коли об'єкт знаходився «у себе вдома», або ж щось на ці параметри вплинуло під час його подорожі.

Поверхня Оумуамуа має червоний колір. Це характерно і для деяких груп тіл в нашій системі: астероїдів класу D і транснептунових об'єктів. Але колір Оумуамуа мало що говорить нам про його склад, тому що космічне тіло може мати червонуватий відтінок з кількох причин. Це можуть бути відкладення толинів на його поверхні (як у Аррокота). Або відкладення заліза (як у Марса). Або це може бути наслідком космічного вивітрювання, при якому вплив мікрометеоритів і сонячного світла якимось чином змінюють властивості поверхні.

Мігруючі струмені

Деякі розрахунки показують, що для досягнення швидкості Оумуамуа при збереженні нормальних процесів дегазації звичайній кометі потрібно обертатися настільки швидко, що процес її руйнації стає неминучим. Але цю загадку було вирішено в дослідженні, яке було опубліковане в травні 2019 року в додатку до журналу The Astrophysical Journal під назвою The Astrophysical Journal Letters. На чолі дослідження стояв Дерріл Селигман з Єльського університету, а поясненням було припущення про наявність у Оумуамуа "мігруючих струменів". Дослідники припустили, що на освітленій Сонцем стороні об'єкта під впливом тепла нашого світила можуть виникати "підрулюючі" струмені газу. Ці струмені будуть "мігрувати" поверхнею Оумуамуа в міру того, як об'єкт буде обертатися навколо своєї осі. Слабкі поштовхи від викидів таких струменів змусили б нашого гостя гойдатися взад і вперед, немов маятник. Такий рух, за розрахунками команди, цілком пояснює криву блиску, яка спостережується. Хоча найчастіше безліч різних типів руху можуть створювати криві блиску одного і того ж типу, що ускладнює відмінності між розумінням характеру рухів без додаткової інформації. Згідно з працею Селигмана, якщо Оумуамуа є кометою, то вона, ймовірно, втратила приблизно 10 відсотків своєї маси в ході подорожі через Сонячну систему.

Астероїд чи комета?

Астрономи очікували, що першим знайденим міжзоряним об'єктом в Сонячній системі стане комета. В основному тому, що комети часто набагато яскравіші від астероїдів, що спрощує їх виявлення. У нашій системі (і, ймовірно, в інших) комети формуються далеко від центрального світила, де його гравітаційний вплив слабкий. Тому комети можуть бути легко викинуті зі своїх систем.

На цьому зображенні Оумуамуа виглядає, як бліда крапка. Зображення складається з кількох знімків, зроблених за допомогою телескопа VLT Європейської Південної обсерваторії і обсерваторії Джеміні. Зірки на тлі виглядають як смуги, тому що телескопи були налаштовані на спостереження за Оумуамуа, який рухається з іншою, ніж зірки, швидкістю.
Фото: ESO/ K. Meech et al.

Багато комет також мають дуже ексцентричні орбіти. У абсолютно круглої орбіти нульовий ексцентриситет. Орбіти з ексцентриситетом між 0 і 1 є еліптичними. А орбіти з ексцентриситетом вище 1 є гіперболічними траєкторіями. Об'єкти, які покинули свою систему по такій траєкторії, ніколи в неї більше не повертаються. Оумуамуа увійшов в Сонячну систему над площиною екліптики, в якій обертаються планети. Ексцентриситет орбіти цього об'єкта становить 1,2. Це означає, що він ніколи до нас не повернеться.
У Сонячній системі є об'єкт, що рухається схожим чином. Орбіта комети C / 1980 E1 має ексцентриситет 1,058. Завдяки зближенню з Юпітером вона придбала швидкість, яка дозволила їй звільнитися від гравітаційного впливу Сонця. Але ексцентриситет орбіти Оумуамуа вище настільки, що дозволяє нам зробити висновок про те, що цей об'єкт прийшов у внутрішню частину Сонячної системи не з пояса Койпера або хмари Оорта, а з іншої планетної системи.

За словами Карен Міч, яка є членом команди, що виявила і вивчала Оумуамуа, Центр малих планет спочатку (20 жовтня 2017 року) класифікував цей об'єкт як короткоперіодичну комету. До 24 жовтня йому присвоїли статус довгоперіодичної комети (C / 2017 U1). Але Оумуамуа вже облетів Сонце на той час, як його виявили: у нього не було хвоста. Команда Міч зв'язалася з Центром малих планет, і 26 жовтня він привласнив об'єкту статус A / 2017 U1 - довгоперіодична комета без коми або хвоста. В кінцевому підсумку астрономічне співтовариство розробило нову систему найменувань міжзоряних об'єктів, охрестивши новачка 1I - першим виявленим об'єктом даного класу.

Потім, в червневому випуску журнала Nature за 2018 рік з'явилася стаття за авторством Марко Мікелі з Координаційного центру навколоземних об'єктів програми спостережень за космічною обстановкою ЄКА в Італії. В публікації повідомлялося, що характер руху Оумуамуа не відповідає такому у астероїдів. За словами Карен Міч (яка була співавтором дослідження), у Оумуамуа було «сильне негравітаційне прискорення». Що означає, що не тільки гравітація відповідала за рух цього об'єкту. Щось змусило його прискоритися, коли він полишав Сонячну систему.

Крива блиску є зміна яскравості з плином часу. Вона може розповісти астрономам про форму, розміри і обертання об'єкта. Крива блиску на зображенні вище показує яскравість Оумуамуа протягом трьох днів в жовтні 2017 року. Кожен колір відповідає змінам в окремому фільтрі, який пропускає тільки певні довжини хвиль видимого або інфрачервоного світла. Великі коливання в яскравості говорять про сильно витягнуту форму об'єкта. Пунктирною лінією позначено криву блиску модельного об'єкта, чия довжина в 10 разів більше ширини.
Фото: Astronomy - Roen Kelly, after Olivier Hainaut (ESO)/ K. Meech et al. (тисніть для збільшення)

Прискорення Оумуамуа було направлене в бік, протилежний руху Сонця. Воно було також пов'язане з віддаленістю гостя від світила, падаючи в залежності від збільшення відстані між ними. За словами Міч, існує кілька речей, які могли викликати такий характер прискорення. Команда вчених досліджувала вісім таких причин. Серед них: тертя або опір, який міг би впливати на траєкторію об'єкта; варіант того, що Оумуамуа є групою гравітаційно пов'язаних тіл; сильне власне магнітне поле об'єкта, яке могло взаємодіяти з сонячним вітром і варіант впливу сонячних фотонів, які надають Оумуамуа прискорення.

Дослідники відкидали ці варіанти один за одним. Тертя або опір швидше буде відповідати за тяжіння цього тіла до Сонця, а не за прискорення від нього. Отримані зображення Оумуамуа не виявили на шляху його проходження об'єктів досить великих, щоб вони могли вплинути на його рух. І навіть ймовірне сильне магнітне поле Оумуамуа не змогло б надати йому достатнє прискорення при взаємодії з сонячним вітром. Щоб сонячні фотони могли хоч якось впливати на Оумуамуа, він повинен мати неймовірно низьку щільність - таку, яку мають аерогелі. А вчені з Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики Шмуель Бяли і Абрахам Лоеб припустили, що Оумуамуа є дуже тонким об'єктом з великою площею поверхні - як сонячне вітрило.

Ідея про те, що Оумуамуа є космічним апаратом іншопланетян або закинутою позаземною технологією, звичайно, захоплююча. Але Міч і команда стверджують, що це малоймовірно. Принаймні тому, що одне із запропонованих пояснень все ж працює.

Дегазація

Дегазація - це процес перетворення матеріалу космічного тіла на газ та пил з подальшим їх витоком під впливом сонячного випромінювання через наближення космічного тіла до зірки. Цей процес надає кометам додаткове прискорення. За словами Міч, Оумуамуа має той самий запас міцності, як і класичні комети, втрачаючи приблизно 1 кілограм матеріалу на секунду в міру наближення до Сонця. Це звичайне явище для комет Сонячної системи. Зрештою, вчені спочатку чекали, що Оумуамуа є кометою.
Але у об'єкту не було хвоста - навіть при найретельніших спостереженнях його виявити не вдалося. Карен Міч була частиною команди, яка шукала сліди дегазації у нашого гостя. Вчені намагалися знайти CN (ціан), CO (чадний газ), CO2 (вуглекислий газ) і H2O (вода). Ціан - досить яскрава речовина, яка легко виявляється. Його можна використовувати в якості замінника для води при спостереженнях, тому що останню виявити складніше. Вчені також очікували деякуу кількість CO і CO2, тому що при віддаленні від Сонця (і, відповідно, падіння температури) воді було б складніше сублімувати з поверхні.

Дослідники спостерігали за Оумуамуа протягом 30 годин за допомогою космічного інфрачервоного телескопа «Спітцер», але нічого не виявили. Це було дивно, тому що очікувалося, що буде відбуватися досить сильне витікання газів. Інакше, звідки прискорення? Але, незважаючи на точні вимірювання, ані слідів ціану, ані слідів яких-небудь інших газів виявлено не було.

Одним з можливих сценаріїв, що пояснюють прискорення Оумуамуа, є припущення про тиск на нього сонячного світла. Але таке можливо тільки за умови, що Оумуамуа має надзвичайно низьку щільність (приблизно 1/100000 від щільності води). Амайя Моро-Мартін з Інституту досліджень космосу за допомогою космічного телескопа в статті за лютий 2019 року з "Astrophysical Journal Letters» припустив, що Оумуамуа може являти собою пухке скупчення великої кількості часток крижаного пилу.
Фото: NASA

Коли газ виходить з комети, він зазвичай забирає за собою пил з поверхні. Чим сильніше виділення газу, тим більше пилу він забирає з собою. Команда Міч шукала і пил, але, знову ж таки, нічого не знайшла. Але це все одно не скасовує теорію про те, що, можливо, Оумуамуа є кометою. Навіть якби на цьому тілі не було дрібного пилу, завжди є шанс на наявність великого, який складніше помітити в оптичному діапазоні (в ньому проводилися спостереження).

Карен та її колеги дійшли висновку, що Оумуамуа - це комета з незвичайною хімією, нехарактерною для Сонячної системи. Що не дивно. Адже Оумуамуа народжений не тут.

Що Оумуамуа говорить нам?

При такій кількості невизначеностей може здатися, що Оумуамуа зовсім нічого нам розповісти. Подібних йому об'єктів спостерігати не доводилося. Але навіть єдине в своєму роді космічне тіло може багато розповісти астрономам. Особливо якщо вони очікували побачити не те, що вони в результаті побачили.

Оумуамуа може бути викинутою з планетної системи планетезималлю або будівельним матеріалом, який не став в нагоді в формуванні більших тіл. Відкриття Оумуамуа має значення в тому сенсі, що тепер ми можемо оцінити кількість подібних об'єктів, доступних для пошуку. Першого міжзоряного гостя виявила обсерваторія Pan-STARRS, яка розпочала свою роботу в 2010 році. Ніхто не завищував очікування щодо результатів її роботи: дослідники сподівалися лише приблизно зрозуміти число міжзоряних об'єктів, що проходять через Сонячну систему.

Деякі дослідники вважають, що незвичайна крива блиску Оумуамуа є наслідком того, що цей об'єкт є інопланетним сонячним вітрилом. Але більшість вчених вважають, що це не так.
Фото: NASA's Marshall Space Flight Center

Очікується, що 8,4-метровий телескоп LSST, який почне свою роботу в 2022 році, зможе виявляти один міжзоряний об'єкт на рік. Карен Міч стверджує, що якби він працював в 2017 році, то зміг би виявити Оумуамуа за три місяці до відкриття телескопом Pan-STARRS (тобто в липні). Але той факт, що 1,8-метровий телескоп Pan-STARRS1 виявив Оумуамуа, може означати лише одне з двох: або міжзоряних об'єктів набагато більше, ніж ми думали, або Оумуамуа не є нормальним членом міжзоряної популяції.

В міру того, як все більше телескопів починають спостерігати нічне небо, у астрономів з'являється можливість оцінити кількість і властивості наших міжзоряних гостей. Але очікувані числа залежать від декількох факторів. Від розміру об'єкта (астрономи не чекали, що перший відкритий міжзоряний об'єкт буде настільки невеликим) до швидкості, з якою подібні об'єкти викидаються за межі своїх систем. Останній фактор, в свою чергу, залежить від ще кількох: розміру системи, кількості планет-гігантів і доступних для «виштовхування» об'єктів, наскільки близько до системи проходять зірки, здатні вплинути на об'єкти всередині неї і т.і.

Що ми дійсно знаємо про Оумуамуа, так це те, що він є молодим об'єктом. Грунтуючись на оцінках швидкості і траєкторії, передбачається, що його вік становить приблизно 2 мільярди років. Корін Бейлер-Джонс з Інституту астрономії імені Макса Планка в Гейдельберзі (Німеччина) розрахував шлях Оумуамуа. Об'єкт виник десь в районі сузір'я Ліри (ще до того, як він увійшов в Сонячну систему). Він порівнював становище Оумуамуа з положенням 7 мільйонів зірок Чумацького шляху, які спостерігаються телескопом Gaia, немов би «відмотуючи назад» траєкторії руху зірок і самого об'єкта. Робилося це для того, щоб виявити зірки, до яких Оумуамуа знаходився найближче.

Телескоп Pan-STARRS-1
Фото: Rob Ratkowski

Вчений знайшов чотири потенційно можливих світила, до яких Оумуамуа проходив настільки близько, що вони могли бути місцем його народження. Бейлер-Джонс ідентифікував зірки, що знаходяться в межах 1-2 радіусів хмари Оорта від шляху Оумуамуа (приблизно від 100 000 до 200 000 а.о.). Але близьке проходження повз зірку не означає того, що система цієї зірки є для Оумуамуа батьківщиною. Було показано, що швидше за все цей об'єкт був викинутий зі своєї системи на швидкості від 10 до 25 км/с. За словами Міч, отримати таку швидкість лише за рахунок поштовху від планети-гіганта досить проблематично. Особливо якщо враховувати, що в жодної з чотирьох зірок не було виявлено планет.

Така висока швидкість могла бути обумовлена тим, що Оумуамуа веде своє походження з подвійної зоряної системи. Але жодна з зірок-кандидатів не є подвійною. Наступний пакет даних від апарату Gaia очікується в 2021 році. Можливо, астрономам вдасться виявити нових кандидатів в "дім для Оумуамуа" на основі цієї інформації. Але на даний момент походження Оумуамуа визначити неможливо.
Якщо Оумуамуа увійшов в Сонячну систему майже два століття тому, чому астрономам знадобилося стільки часу, щоб виявити його?

У Оумуамуа незвичайна траєкторія: об'єкт увійшов до нас в гості «зі стелі». Не саме звичайне місце для пошуку міжзоряних космічних відвідувачів. У подібному ключі проходили спостереження лише у телескопа Pan-STARRS1. Незадовго до відкриття Оумуамуа якраз виходив з області диска Сонця, де був схований деякий час. Потрібно було спрямувати телескопи прямо на Сонце, щоб побачити його. Чого ніхто, звичайно ж, робити не збирався. Крім того, Оумуамуа дуже маленький об'єкт. До наближення до Сонця наші інструменти не дозволяли знайти його.

Це лише початок

З часу останніх спостережень телескопа «Хаббл» в січні 2018 року, Оумуамуа був поза досяжністю астрономів. За словами Міч, Оумуамуа мав досягти поясу Койпера приблизно в 2024 році, пройшовши його далекий кордон в кінці 2025 року. Міжзоряний об'єкт пройде апарати «Вояджер» приблизно в 2038 році. До 2196 року він знову буде на відстані в 1000 а.о. від Сонця. А коли Оумуамуа дійсно перетинає край сонячної системи, залежить тільки від того, де ви визначаєте цей край.

Хоча Оумуамуа і вийшов з поля зору вчених, він все ще не покидає їх думки. Астрономи всього світу продовжують розмірковувати над загадками, які він нам залишив.

Ми дуже хотіли дізнатися, з чого він складається. Детально вивчити його хімію. Але експеримент пройшов не дуже вдало. Оумуамуа мав дуже дивну витягнуту форму. І особисто для мене це найбільша загадка, яку ми не можемо вирішити.

Карен Міч

Відтепер Оумуамуа не самотній. 30 серпня 2019 року астроном-любитель Геннадій Борисов на Кримській обсерваторії MARGO виявив на небі нову комету. Позначений як 2I / Borisov, об'єкт рухався зі швидкістю в 150000 км/год (понад 41 км/с). Швидше, ніж очікувалося для подібного тіла на відстані 2,8 а.о. від Сонця. Його швидкість і траєкторія руху змогли дещо підказати. Комета занурювалася у внутрішню Сонячну систему під кутом в 40 градусів відносно площини екліптики по орбіті з ексцентриситетом 3,7! Ця комета виникла не в Сонячній системі.

Комета 2I / Borisov, наш другий міжзоряний відвідувач. Фотографію зроблено телескопом "Хаббл".
Фото: NASA, ESA, and D. Jewitt (UCLA)

На відміну від Оумуамуа, у комети Борисова спостерігався чітко помітний хвіст. Комета виявилася в перигелії 8 грудня 2019 року, на відстані 2 а.о. від Сонця. Вона є досить яскравим об'єктом - якийсь час комета була доступна для спостереження в аматорські телескопи. Навіть після того, як об'єкт зник з поля зору любителів, у професійних обсерваторій залишилася можливість відстежувати його (астрономи мають таку можливість до жовтня 2020 року).

Команда Карен Міч поспостерігала комету, оцінивши її розмір від 2 до 16 кілометрів. У об'єкта були виявлені викиди ціану. Дослідники мають дуже великий період спостережень за рік, який дозволить їм докладно досліджувати хімію об'єкта.

Комета Борисова дуже нагадує типову комету Сонячної системи і радикально відрізняється від свого попередника Оумуамуа. Ці відмінності дуже важливі для астрономів, які намагаються зрозуміти процеси формування інших планетних систем.

Але, незалежно від того, скільки міжзоряних відвідувачів вчені ще спостерігатимуть, Оумуамуа назавжди залишиться для нас першим. І хоча у астрономів залишилися питання без відповіді, його відкриття означає початок нової ери, в якій ми, нарешті, зможемо розгадати багато з загадок, що пояснюють процеси формування планет і що відбувається з часточками, які вони втрачають на своєму шляху.

Джерело: https://astronomy.com/ - February 5, 2020

Рос.переклад: https://thealphacentauri.net/ - МАРК РОМАНОВ

Переклад - Олекса Логойда

[ Зміст розділу "Планетарій" ]

Дивіться також [ Бібліотека аматора астрономії ] - астрономічні книги
Дивіться також [ Статті з астрономії ] - астрономічні реферати
Дивіться також [ Планетарій ] - статті на тему астрономії
Дивіться також [ Новини астрономії ]

---

[ нагору ]