天外來客奧陌陌的身世有著落了

2020-11-27 騰訊網

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翻譯：雷豐圖

參考文章：

https://www.sciencedaily.com/releases/2020/04/200413165627.htm

http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2020/4/438379.shtm

校對：牧夫天文校對組

後臺：庫特莉亞芙卡 李子琦

2017年，一股神秘氣息圍繞著第一個闖入太陽系的天體。這是一個細長的雪茄形物體，名為「 奧陌陌」（夏威夷語，意為「遠道而來的信使」）。它是如何形成，又從何而來？一直爭論不休。4月13日，《自然-天文》雜誌上的一項新研究為這些問題提供了一套完善的理論。來自中國科學院國家天文臺的張韻博士和加州大學聖克魯斯分校的教授林潮使用計算機模擬揭示了像「 奧陌陌」這樣的物體是如何在潮汐力的影響下形成的。他們的形成理論解釋了奧陌陌的所有不尋常特徵。

藝術家描繪的「奧陌陌」概念圖

Credit: dottedyeti / Adobe Stock

2017年10月19日，夏威夷的全景巡天望遠鏡和快速響應系統（Pan-STARRS1）發現了奧陌陌，它乾燥的表面、伸長的形狀以及令人費解的運動表明它一定不是太陽系內的天體，甚至有人懷疑它是一個外星探測器。

張教授表示：「它確實是一個神秘的物體，但一些特徵比如顏色以及未偵測到無線電波，都表明奧陌陌是自然物體。」林教授接著補充：「我們的目標是根據公認的物理原理，結合現有觀測和研究數據，提出一個綜合的解釋。」

天文學家曾認為他們探測到的第一個星際物體將會是一個冰冷的物體——就像充滿奧爾特雲的彗星們那樣——在距它們的恆星很遠的地方演化，富含揮發物，並且經常通過引力作用從它們的宿主系統中拋出。當接近太陽時，由於揮發性化合物的升華而產生彗發（或「彗尾」）。但是，「奧陌陌」乾燥的外觀更類似於小行星等巖石物體，這表明它不同於彗星。

「我們認為宇宙中還存在著大量此類天體。奧陌陌的發現暗示著巖石類星際物體的數量比我們以前認為的要大得多。」張教授介紹，「平均而言，每個恆星行星系統應該能發射約一百萬億個「奧陌陌」類的物體。所以我們需要構建一個常規的形成過程。」

計算機生成的「奧陌陌」模型。

Credit：中科院國家天文臺/張韻

小型天體接近巨型天體時，後者巨大的潮汐力會將較小的物體撕裂，就像蘇梅克-列維9號彗星在接近木星時那樣。同時，潮汐作用可以將一些碎片加速乃至超越逃逸速度，這很可能就是奧陌陌的起源。但僅憑該理論並不足以解釋奧陌陌的其它怪異之處。

張和林教授進行了高解析度計算機仿真，以模擬一個在恆星附近飛行物體的結構動力學。他們發現，如果天體離恆星足夠近，恆星會將其撕成極長的碎片，然後將其「拋出」至星際空間。「當我們考慮相遇恆星期間不同材料強度時，很可能形成拉長形狀的碎片。長軸與短軸之比甚至可以大於十比一。」

通過構建熱力學模型，研究人員發現初始天體破裂而產生的碎片表面會在距恆星很短的距離處融化並隨著距離的增大再凝結，從而形成具有粘滯性的外殼，進而確保細長結構的穩定性。

「恆星潮汐力破壞過程中的熱擴散也消耗了大量的揮發物，這不僅解釋了奧陌陌的表面顏色以及它沒有慧發，而且闡明了星際間的此類乾燥性狀的天體。」 張韻道，「儘管如此，埋在地表之下的一些高升華溫度的揮發物，如水冰，仍可以冷凝形式保存。」奧陌陌的觀測結果表明它沒有類似彗星的特徵，但是有水冰產生水汽的特徵。如果奧陌陌是由上面的情景產生並拋出，則大量的殘留水冰可能會在其穿過太陽系時被「激活」。產生一定量的類似彗發的特徵。

潮汐撕裂過程概念圖

Credit：北京天文館/喻京川

張教授說：「潮汐力使小天體破碎化的機制解釋了奧陌陌的形成，也解釋了其他形態各異的星際間小天體。」研究人員的計算證明了潮汐力在產生這種物體方面的效率。長周期彗星，碎片盤，甚至是行星，都可能在與巨型天體相遇時轉變成奧陌陌大小的碎片。

由於這些物體可能會穿過宜居帶，因此不能排除它們會運輸能夠產生生命的物質（胚種）。「這是一個非常新的領域。這些星際物體可能會是行星系統（生態）如何形成和演化的關鍵線索。」張韻總結道。

「奧陌陌只是冰山的一角。」林潮說，「我們預計，未來的維拉C.魯賓天文臺的觀測將發現更多具有相似特徵的星際遊客。」美國海軍學院天文學家馬修·奈特（Matthew Knight）是奧陌陌國際空間科學研究所團隊的聯合負責人，但並未參與這項新研究。他認為該項目「利用單一，連貫的模型出色的解決了奧陌陌種種異常特徵。」奈特說：「未來我們還將觀測到類似的星際天體。如果它們也兼具奧陌陌的這些特性，會進一步支持潮汐力使小天體碎片化並拋出的機制。」

責任編輯：毛明遠

牧夫新媒體編輯部

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藝術家想像的克卜勒-1649c上的日落畫面。該行星位於宜居帶。距離地球三百光年。

Credit：NASA/Ames Research Center/Daniel Rutter

封面圖源： dottedyeti / Adobe Stock

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