天外来客奥陌陌的身世有着落了

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翻译：雷丰图

参考文章：

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

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

校对：牧夫天文校对组

后台：库特莉亚芙卡 李子琦

2017年，一股神秘气息围绕着第一个闯入太阳系的天体。这是一个细长的雪茄形物体，名为“ 奥陌陌”（夏威夷语，意为“远道而来的信使”）。它是如何形成，又从何而来？一直争论不休。4月13日，《自然-天文》杂志上的一项新研究为这些问题提供了一套完善的理论。来自中国科学院国家天文台的张韵博士和加州大学圣克鲁斯分校的教授林潮使用计算机模拟揭示了像“ 奥陌陌”这样的物体是如何在潮汐力的影响下形成的。他们的形成理论解释了奥陌陌的所有不寻常特征。

艺术家描绘的“奥陌陌”概念图

Credit: dottedyeti / Adobe Stock

2017年10月19日，夏威夷的全景巡天望远镜和快速响应系统（Pan-STARRS1）发现了奥陌陌，它干燥的表面、伸长的形状以及令人费解的运动表明它一定不是太阳系内的天体，甚至有人怀疑它是一个外星探测器。

张教授表示：“它确实是一个神秘的物体，但一些特征比如颜色以及未侦测到无线电波，都表明奥陌陌是自然物体。”林教授接着补充：“我们的目标是根据公认的物理原理，结合现有观测和研究数据，提出一个综合的解释。”

天文学家曾认为他们探测到的第一个星际物体将会是一个冰冷的物体——就像充满奥尔特云的彗星们那样——在距它们的恒星很远的地方演化，富含挥发物，并且经常通过引力作用从它们的宿主系统中抛出。当接近太阳时，由于挥发性化合物的升华而产生彗发（或“彗尾”）。但是，“奥陌陌”干燥的外观更类似于小行星等岩石物体，这表明它不同于彗星。

“我们认为宇宙中还存在着大量此类天体。奥陌陌的发现暗示着岩石类星际物体的数量比我们以前认为的要大得多。”张教授介绍，“平均而言，每个恒星行星系统应该能发射约一百万亿个“奥陌陌”类的物体。所以我们需要构建一个常规的形成过程。”

计算机生成的“奥陌陌”模型。

Credit：中科院国家天文台/张韵

小型天体接近巨型天体时，后者巨大的潮汐力会将较小的物体撕裂，就像苏梅克-列维9号彗星在接近木星时那样。同时，潮汐作用可以将一些碎片加速乃至超越逃逸速度，这很可能就是奥陌陌的起源。但仅凭该理论并不足以解释奥陌陌的其它怪异之处。

张和林教授进行了高分辨率计算机仿真，以模拟一个在恒星附近飞行物体的结构动力学。他们发现，如果天体离恒星足够近，恒星会将其撕成极长的碎片，然后将其“抛出”至星际空间。“当我们考虑相遇恒星期间不同材料强度时，很可能形成拉长形状的碎片。长轴与短轴之比甚至可以大于十比一。”

通过构建热力学模型，研究人员发现初始天体破裂而产生的碎片表面会在距恒星很短的距离处融化并随着距离的增大再凝结，从而形成具有粘滞性的外壳，进而确保细长结构的稳定性。

“恒星潮汐力破坏过程中的热扩散也消耗了大量的挥发物，这不仅解释了奥陌陌的表面颜色以及它没有慧发，而且阐明了星际间的此类干燥性状的天体。” 张韵道，“尽管如此，埋在地表之下的一些高升华温度的挥发物，如水冰，仍可以冷凝形式保存。”奥陌陌的观测结果表明它没有类似彗星的特征，但是有水冰产生水汽的特征。如果奥陌陌是由上面的情景产生并抛出，则大量的残留水冰可能会在其穿过太阳系时被“激活”。产生一定量的类似彗发的特征。

潮汐撕裂过程概念图

Credit：北京天文馆/喻京川

张教授说：“潮汐力使小天体破碎化的机制解释了奥陌陌的形成，也解释了其他形态各异的星际间小天体。”研究人员的计算证明了潮汐力在产生这种物体方面的效率。长周期彗星，碎片盘，甚至是行星，都可能在与巨型天体相遇时转变成奥陌陌大小的碎片。

由于这些物体可能会穿过宜居带，因此不能排除它们会运输能够产生生命的物质（胚种）。“这是一个非常新的领域。这些星际物体可能会是行星系统（生态）如何形成和演化的关键线索。”张韵总结道。

“奥陌陌只是冰山的一角。”林潮说，“我们预计，未来的维拉C.鲁宾天文台的观测将发现更多具有相似特征的星际游客。”美国海军学院天文学家马修·奈特（Matthew Knight）是奥陌陌国际空间科学研究所团队的联合负责人，但并未参与这项新研究。他认为该项目“利用单一，连贯的模型出色的解决了奥陌陌种种异常特征。”奈特说：“未来我们还将观测到类似的星际天体。如果它们也兼具奥陌陌的这些特性，会进一步支持潮汐力使小天体碎片化并抛出的机制。”

责任编辑：毛明远

牧夫新媒体编辑部