新研究解釋為何太陽系的星際訪客形狀如此怪異

星際訪客斥侯星(Oumuamua)的過去可能比我們想像的更加劇烈。 新的模擬顯示,這塊特殊的太空岩石可能被一顆恆星撕裂,變成了這怪異的雪茄形狀,然後被甩到它的星系之外。如果這確實是Oumuamua的形成方式,那麼新的結果也許能回答一些關於這太空旅行者奇特特性的問題。

Oumuamua因為是第一個從其他地方進入太陽系的岩石而聞名,它是我們的第一個星際訪客。 天文學家於2017年10月首次發現它,但不久之後它的其他怪異特性也顯現出來了。首先是它的形狀,大多數小行星和彗星都像馬鈴薯一樣,但是Oumuamua又長又扁,它400米(1300英尺)的長度大約是它寬度的8倍。 它的色調還是紅色的,就像是小行星經過宇宙輻射烘烤而成的,它乾燥,主要是岩石和金屬。

天文學家還觀察到它加速離開太陽,比重力助推能解釋的還要快。 這種行為與彗星脫氣更一致,當彗星靠近太陽時,由於揮發性冰昇華,彗星脫氣會加速。所以,目前還不清楚Oumuamua是小行星還是彗星。它的性質如此不尋常,甚至有人假設它是外星人探測器。 基於它能夠在我們太陽系中出現,太陽系之外應該還有更多類似Oumuamua的物體存在。

現在,來自中國科學院和加州大學聖塔克魯茲分校的研究人員已經確定了這奇怪物體是如何形成的。 這個過程不僅是完全自然的,而且還可以解釋Oumuamua的一些不尋常特性。加州大學聖塔克魯茲分校的天文學家兼天體物理學家Douglas Lin表示:「我們展示了,Oumuamua類星際物體可以經過它的母體與它們主恆星近距離接觸時產生的大量潮汐破碎而產生,然後被噴射到星際太空中。」

潮汐相互作用是兩個物體之間的重力相互作用。 當小型物體接近大型物體(例如恆星、黑洞、甚至是大型行星)時,強烈的重力可將它粉碎,這稱為潮汐破壞(tidal disruption)。 一個很好的例子是木星在1992年對蘇梅克列維九號彗星(Shoemaker-Levy 9)造成的潮汐破壞。Shoemaker-Levy 9的碎片撞上了木星,但是Lin和他的中科院同事張Yun進行的高分辨率模擬顯示,當有一顆恆星牽涉進來時,結果可能大不相同。

首先,一個離恆星剛好距離飛行的岩石物體,例如「小行星體(planetesimals)」,因潮汐壓力被破碎。 然後,當它們繞著恆星時,這些碎片會融化並拉伸成細長的形狀。 最終,隨著它離開恆星,它會重新組合,冷卻並變成硬殼,給這新形成的物體結構穩定性。

這種加熱和冷卻也可以解釋Oumuamua的其他一些特性。Zhang表示:「恆星潮汐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Oumuamua的表面顏色和缺乏的彗髮,而且解釋了星際種群顯示的乾燥度。無論如何,埋在表面之下一些高昇華溫度的揮發物,如水冰,仍可以冷凝形式存在。」

當Oumuamua在寒冷的星際太空旅行時,這些揮發物將保持鎖定狀態。 不過,當它接近我們的太陽時,熱量可能會引發脫氣事件,從而產生觀察到的加速度。研究小組的設想還可能產生更多類似Oumuamua的物體,這說明了天文學家預測的許多星際小行星數量。

Zhang表示:「平均來說,每個行星系統應該會發射大約一百萬億個物體,例如Oumuamua。 潮汐破碎的情況不僅提供了形成單一個Oumuamua的途徑,而且還解決了小行星狀星際物體的龐大問題。」

目前,科學家還沒有確切的答案。 他們知道Oumuamua必須以某種方式形成,因為它已經存在。 這項新的研究代表了可能發生的一種方式,同時解答了一些困惑。 但還有更多的資料指日可待。

自從發現Oumuamua以來,去年發現了第二個星際物體,鮑里索夫彗星(comet 2I/Borisov)。 可以預料的是,隨著我們科技能力的提高,我們將發現更多的星際物體訪問我們的太陽系。也許他們也能夠揭露Oumuamua的秘密。

參考資料:  Nature Astronomy

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