_ O explicație surprinzător de simplă pentru „ Orbită ciudată a lui Oumuamua

În 2017, o cometă misterioasă numită „Oumuamua” a aprins imaginația oamenilor de știință și a publicului deopotrivă. A fost primul vizitator cunoscut din afara sistemului nostru solar, nu avea comă strălucitoare sau coadă de praf, ca majoritatea cometelor, și o formă ciudată – ceva între un trabuc și o clătită – iar dimensiunea sa mică se potrivea mai mult unui asteroid decât unei comete.

Dar faptul că se îndepărta de soare într-un mod în care astronomii nu puteau explica oamenii de știință perplexi, ceea ce i-a determinat pe unii să sugereze că era o navă spațială extraterestră.

Acum, un astrochimist de la Universitatea din California, Berkeley, și un astronom de la Universitatea Cornell, susțin că abaterile misterioase ale cometei de la o cale hiperbolică în jurul Soarelui pot fi explicate printr-un mecanism fizic simplu, probabil comun printre multe comete de gheață: degazarea hidrogenului. pe măsură ce cometa s-a încălzit în lumina soarelui.

Ceea ce a făcut ca 'Oumuamua să fie diferită de orice altă cometă bine studiată din sistemul nostru solar a fost dimensiunea sa: era atât de mică încât deviaţia gravitaţională în jurul soarelui a fost uşor modificată. prin împingerea minuscul creată atunci când gazul de hidrogen a ţâşnit o din gheață.

Majoritatea cometelor sunt, în esență, bulgări de zăpadă murdari care se apropie periodic de soare dinspre exteriorul sistemului nostru solar. Când este încălzită de lumina soarelui, o cometă ejectează apă și alte molecule, producând un halou luminos sau comă în jurul ei și adesea cozi de gaz și praf. Gazele ejectate acționează ca propulsoarele unei nave spațiale pentru a da cometei o lovitură mică care își modifică ușor traiectoria față de orbitele eliptice tipice altor obiecte din sistemul solar, cum ar fi asteroizii și planetele.

Când au fost descoperite, " Oumuamua nu avea comă sau coadă și era prea mică și prea departe de soare pentru a capta suficientă energie pentru a ejecta multă apă, ceea ce i-a determinat pe astronomi să speculeze în mod sălbatic despre compoziția sa și despre ce o împingea spre exterior. A fost un aisberg de hidrogen care degaja H2? Un fulg de nea mare, pufos, împins de presiunea ușoară a soarelui? O velă ușoară creată de o civilizație extraterestră? O navă spațială sub propria putere?

Jennifer Bergner, profesor asistent de chimie la UC Berkeley, care studiază reacțiile chimice care au loc pe rocile înghețate în vidul rece al spațiului, a crezut că ar putea exista o explicație mai simplă. Ea a abordat subiectul cu un coleg, Darryl Seligman, acum bursier postdoctoral al Fundației Naționale de Știință la Universitatea Cornell, și au decis să lucreze împreună pentru a-l testa.

„O cometă care călătorește prin mediul interstelar devine practic. gătită de radiația cosmică, formând drept rezultat hidrogen. Gândul nostru a fost: dacă s-ar întâmpla asta, ai putea să-l prinzi în corp, astfel încât, atunci când a intrat în sistemul solar și s-a încălzit, să elibereze hidrogenul respectiv?" spuse Bergner. „Ar putea ca asta să producă cantitativ forța de care aveți nevoie pentru a explica accelerația negravitațională?”

În mod surprinzător, ea a descoperit că cercetările experimentale publicate în anii 1970, ’80 și ’90 au demonstrat că atunci când gheața este lovită de particule de înaltă energie asemănătoare razelor cosmice, hidrogenul molecular (H2) este produs din abundență și prins în gheață. De fapt, razele cosmice pot pătrunde la zeci de metri în gheață, transformând un sfert sau mai mult din apă în hidrogen gazos.

„Pentru o cometă cu diametrul de câțiva kilometri, degajarea ar fi de la o învelișă relativ subțire. la cea mai mare parte a obiectului, așa că atât din punct de vedere compozițional, cât și în ceea ce privește orice accelerație, nu te-ai aștepta neapărat să fie un efect detectabil", a spus ea. „Dar pentru că „Oumuamua era atât de mic, credem că de fapt a produs suficientă forță pentru a alimenta această accelerație”.

Cometa, care era ușor roșiatică, se crede că avea o dimensiune de aproximativ 115 pe 111 pe 19 metri. În timp ce dimensiunile relative erau destul de sigure, totuși, astronomii nu puteau fi siguri de dimensiunea reală, deoarece era prea mică și îndepărtată pentru ca telescoapele să poată fi rezolvate. Mărimea a trebuit să fie estimată din luminozitatea cometei și de modul în care luminozitatea s-a schimbat pe măsură ce cometa s-a prăbușit. Până în prezent, toate cometele observate în sistemul nostru solar — cometele cu perioadă scurtă care provin din centura Kuiper și cometele cu perioadă lungă din norul Oort, mai îndepărtat, au o diametru între aproximativ 1 kilometru și sute de kilometri.

„Ceea ce este frumos la ideea lui Jenny este că este exact ceea ce ar trebui să se întâmple cu cometele interstelare”, a spus Seligman. „Am avut toate aceste idei stupide, cum ar fi aisbergurile cu hidrogen și alte lucruri nebunești, și este doar cea mai generală explicație.”

Bergner și Seligman își vor publica concluziile în această săptămână în revista Nature. Ambii erau bursieri postdoctorali la Universitatea din Chicago când au început să colaboreze la lucrare.

Cometele sunt roci de gheață rămase de la formarea sistemului solar în urmă cu 4,5 miliarde de ani, astfel încât să le poată spune astronomilor despre condițiile care exista atunci când s-a format sistemul nostru solar. Cometele interstelare pot oferi, de asemenea, indicii asupra condițiilor din jurul altor stele înconjurate de discuri care formează planete.

„Cometele păstrează un instantaneu despre cum arăta sistemul solar când era în stadiul de evoluție în care sunt discurile protoplanetare. acum”, a spus Bergner. „Studiul lor este o modalitate de a privi înapoi la cum arăta sistemul nostru solar în faza timpurie de formare.”

De asemenea, sistemele planetare îndepărtate par să aibă comete, iar multe sunt probabil ejectate din cauza interacțiunile gravitaționale cu alte obiecte din sistem, despre care astronomii știu că s-au întâmplat de-a lungul istoriei sistemului nostru solar. Unele dintre aceste comete necinstite ar trebui să intre ocazional în sistemul nostru solar, oferind o oportunitate de a afla despre formarea planetelor în alte sisteme.

„Cometele și asteroizii din sistemul solar ne-au învățat, fără îndoială, mai multe despre formarea planetelor decât ceea ce am învățat de la planetele reale din sistemul solar”, a spus Seligman. „Cred că cometele interstelare ar putea să ne spună mai multe despre planetele extrasolare decât despre planetele extrasolare pe care încercăm să obținem măsurători de astăzi.”

În trecut, astronomii au publicat numeroase lucrări despre ceea ce putem învăța din eșecul de a observa orice cometă interstelară din sistemul nostru solar.

Apoi, a apărut 'Oumuamua.

Pe 19 octombrie 2017, pe insula Maui, astronomii au folosit Pan -Telescopul STARRS1, care este operat de Institutul pentru Astronomie de la Universitatea din Hawaii din Manoa, a observat mai întâi ceea ce credeau că este fie o cometă, fie un asteroid. Odată ce și-au dat seama că orbita sa înclinată și viteza mare – 87 de kilometri pe secundă – sugerau că provine din afara sistemului nostru solar, i-au dat numele 1I/'Oumuamua (oh MOO-uh MOO-uh), care este hawaian. pentru „un mesager de departe sosind primul”. A fost primul obiect interstelar în afară de boabele de praf văzut vreodată în sistemul nostru solar. Un al doilea, 2I/Borisov, a fost descoperit în 2019, deși arăta și s-a comportat mai mult ca o cometă tipică.

Pe măsură ce tot mai multe telescoape s-au concentrat pe 'Oumuamua, astronomii au reușit să-i cartofice orbita și să determine. că se învârtise deja în jurul soarelui și se îndreptase în afara sistemului solar.

Deoarece luminozitatea lui 'Oumuamua s-a schimbat periodic cu un factor de 12 și a variat asimetric, s-a presupus a fi foarte alungită și răsturnând cap la cap. Astronomii au observat, de asemenea, o ușoară accelerare față de soare, mai mare decât cea observată pentru asteroizi și mai caracteristică cometelor. Când cometele se apropie de soare, apa și gazele aruncate de la suprafață creează o comă gazoasă strălucitoare și eliberează praf în acest proces. De obicei, praful rămas în urma cometei devine vizibil ca o singură coadă, în timp ce vaporii și praful împinși de presiunea ușoară a razelor solare produc o a doua coadă îndreptată spre soare, plus o mică împingere inerțială spre exterior. Alți compuși, cum ar fi materialele organice captate și monoxidul de carbon, pot fi, de asemenea, eliberați.

Dar astronomii nu au putut detecta comă, molecule degazate sau praf în jurul lui 'Oumuamua. În plus, calculele au arătat că energia solară care lovește cometa ar fi insuficientă pentru a sublima apa sau compușii organici de la suprafața ei pentru a-i da lovitura non-gravitațională observată. Doar gazele hipervolatile precum H2, N2 sau monoxidul de carbon (CO) ar putea oferi o accelerație suficientă pentru a se potrivi cu observațiile, având în vedere energia solară care intră.

„Nu văzusem niciodată o cometă în sistemul solar care să nu fie au o comă de praf. Deci, accelerația non-gravitațională a fost într-adevăr ciudată”, a spus Seligman.

Acest lucru a dus la multe speculații despre ce molecule volatile ar putea fi în cometă pentru a provoca accelerația. Seligman însuși a publicat o lucrare în care susținea că, dacă cometa ar fi compusă din hidrogen solid - un aisberg de hidrogen - ar elibera suficient hidrogen în căldura soarelui pentru a explica accelerația ciudată. În condițiile potrivite, o cometă compusă din azot solid sau monoxid de carbon solid ar degaja, de asemenea, cu suficientă forță pentru a afecta orbita cometei.

Dar astronomii au trebuit să se întindă pentru a explica ce condiții ar putea duce la formarea solidului. corpuri de hidrogen sau azot, care nu au fost niciodată observate până acum. Și cum ar putea un corp solid de H2 să supraviețuiască pentru aproximativ 100 de milioane de ani în spațiul interstelar?

Bergner s-a gândit că degajarea hidrogenului prins în gheață ar putea fi suficientă pentru a accelera 'Oumuamua. Atât în ​​calitate de experimentalist, cât și de teoretician, ea studiază interacțiunea gheții foarte reci – răcită la 5 sau 10 grade Kelvin, temperatura mediului interstelar (ISM) – cu tipurile de particule energetice și radiații găsite în ISM.

Căutând prin publicațiile anterioare, ea a găsit multe experimente care demonstrează că electronii de înaltă energie, protonii și atomii mai grei ar putea transforma gheața de apă în hidrogen molecular și că structura pufoasă, bulgăre de zăpadă a unei comete ar putea capta gazul în bule. în interiorul gheţii. Experimentele au arătat că atunci când este încălzită, ca de căldura soarelui, gheața se recoaște - se schimbă dintr-o structură amorfă într-o structură cristalină - și forțează bulele afară, eliberând hidrogenul gazos. Gheața de la suprafața unei comete, au calculat Bergner și Seligman, ar putea emite suficient gaz, fie într-un fascicul colimat, fie într-un spray în formă de evantai, pentru a afecta orbita unei comete mici precum „Oumuamua”.

„The Principala concluzie este că „Oumuamua este în concordanță cu a fi o cometă interstelară standard care tocmai a suferit o procesare grea”, a spus Bergner. „Modelele pe care le-am rulat sunt în concordanță cu ceea ce vedem în sistemul solar de la comete și asteroizi. Deci, ați putea, în esență, să începeți cu ceva care arată ca o cometă și ca acest scenariu să funcționeze.”

Ideea, de asemenea, explică lipsa unei comei de praf.

„Chiar dacă a existat praf în matricea de gheață, nu sublimezi gheața, ci doar rearanjezi gheața și apoi lași H2 să se elibereze. Deci, praful nici măcar nu va ieși”, a spus Seligman.

Seligman a spus că concluzia lor despre sursa accelerației lui 'Oumuamua ar trebui să închidă cartea despre cometă. Din 2017, el, Bergner și colegii lor au identificat alte șase comete mici fără comă observabilă, dar cu mici accelerații non-gravitaționale, sugerând că astfel de comete „întunecate” sunt comune. În timp ce H2 nu este probabil responsabil pentru accelerarea cometelor întunecate, a remarcat Bergner, împreună cu „Oumuamua, acestea dezvăluie că sunt multe de învățat despre natura corpurilor mici din sistemul solar.

Una dintre acestea. cometele întunecate, 1998 KY26, este următoarea țintă pentru misiunea Hayabusa2 a Japoniei, care a colectat recent mostre de la asteroidul Ryugu. S-a considerat că KY26 din 1998 este un asteroid până când a fost identificat ca o cometă întunecată în decembrie.

„Jenny are cu siguranță dreptate în privința hidrogenului prins. Nimeni nu se gândise la asta înainte”, a spus el. „Între descoperirea altor comete întunecate în sistemul solar și ideea minunată a lui Jenny, cred că trebuie să fie corectă. Apa este cea mai abundentă componentă a cometelor din sistemul solar și probabil și în sistemele extrasolare. Și dacă pui o apă. bogată cometă în norul Oort sau ejectată-o în mediul interstelar, ar trebui să obțineți gheață amorfă cu buzunare de H2."

Deoarece H2 ar trebui să se formeze în orice corp bogat în gheață expus la radiații energetice, cercetătorii bănuiesc. că același mecanism ar funcționa și în cometele care se apropie de soare din norul Oort, la marginile exterioare ale sistemului solar, unde cometele sunt iradiate de razele cosmice, la fel ca o cometă interstelară. Observațiile viitoare ale degajării hidrogenului din cometele cu perioadă lungă ar putea fi folosite pentru a testa scenariul formării și captării H2.

Multe alte comete interstelare și întunecate ar trebui descoperite de către Observatorul Rubin Legacy Survey of Space and Time ( LSST), permițând astronomilor să determine dacă degajarea hidrogenului este comună în comete. Seligman a calculat că sondajul, care va fi efectuat la Observatorul Vera C. Rubin din Chile și urmează să devină operațional la începutul anului 2025, ar trebui să detecteze între una și trei comete interstelare precum 'Oumuamua în fiecare an și, probabil, multe altele. o comă revelatoare, ca Borisov.

(Fluierul)