Nowe badania wskazują czego możemy dowiedzieć się od Oumuamua

Wizja artystyczna przedstawiająca Oumuamua, pierwszy obserwowany przez nas obiekt spoza Układu Słonecznego podczas przelotu przez nasz układ planetarny. Źródło: ESO/M.Kornmesser

Pierwszy obiekt międzygwiezdny, który zauważyliśmy podczas jego przelotu przez naz układ planetarny, nazwany ‘Oumuamua, rzuca nowe światło na naszą wiedzę o powstawaniu i ewolucji układów planetarnych. Najnowsze badania prowadzone przez zespół astrofizyków m.in. z Goddard Space Flight Center pozwoliły naukowcom określić, jak ten gość spoza Układu Słonecznego wpisuje się w to co wiemy o pochodzeniu planet, planetoid i komet.

19 października 2017 roku astronomowie pracujący w ramach programu Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System (Pan-STARRS1) na Uniwersytecie Hawajskim zauważyli obiekt przelatujący z ogromną prędkością przez Układ Słoneczny. Badacze z Minor Planet Center potwierdzili, że jest to pierwszy dostrzeżony przez nas gość spoza naszego układu planetarnego.

“Obiekt ten najprawdopodobniej został wyrzucony z odległego układu gwiazd” mówi Elisa Quintana, astrofizyczka z Goddard. “Co ciekawe, ten jeden, samotny obiekt, przelatujący tak szybko i tak blisko nas, może pozwolić nam nałożyć pewne ograniczenia na nasze modele formowania planet”.

19 października ‘Oumuamua minęła Słońce z prędkością 315 400 km/h – wystarczająco szybko, aby wyrwać się z jego macek grawitacyjnych i wylecieć z Układu Słonecznego, aby nigdy już do niego nie powrócić. Zazwyczaj obiektami poruszającymi się z podobną prędkością są komety opadające w kierunku Słońca z zewnętrznych krańców Układu Słonecznego. Komety to obiekty lodowe o rozmiarach od kilkudziesięciu metrów do kilkudziesięciu kilometrów. Tyle, że komety tracą gaz i pył zbliżając się do Słońca i ogrzewając jego promieniowaniem, a ‘Oumuamua tego nie robiła. Niektórzy naukowcy przypuszczali, że ‘Oumuamua w takim razie może być suchą planetoidą.

Planety i planetezymale, mniejsze obiekty obejmujące komety i planetoidy, powstają w dyskach pyłu, gazu i lodu otaczających młode gwiazdy. Mniejsze obiekty, powstające bliżej swojej gwiazdy macierzystej są zbyt gorące, aby na ich powierzchni utrzymał się lód, i z czasem stają się planetoidami. Te, które powstają dalej, zawsze w dużej mierze składają się z lodu i stają się kometami. Region, w którym powstają planetoidy jest stosunkowo niewielki.

“Całkowity obszar, w którym mogą powstawać planetoidy jest niezwykle mały” mówi główny autor artykułu Sean Raymond, astrofizyk w French National Center for Scientific Research i na Uniwersytecie w Bordeaux. “Dużo trudniejsze jest wyrwanie się z tak bezpośredniego otoczenia gwiazdy, z uwagi na jej pole grawitacyjne. Ciężko wyobrazić sobie w jaki sposób ‘Oumuamua została wyrzucona ze swojego macierzystego układu planetarnego, jeżeli powstała jako planetoida”.

Odległość od gwiazdy, powyżej której woda utrzymuje się w formie lodu, nawet jeżeli jest on wystawiony na działanie promieniowania słonecznego, to tak zwana linia śniegu czy linia lodu. Dla przykładu, w Układzie Słonecznym obiekty, które powstały w odległości do 3 AU od Słońca, z czasem straciły całą swoją wodę. Ta linia śniegu skurczyła się trochę wraz z kurczeniem się i ochładzaniem młodego Słońca, ale nasz główny pas planetoid znajduje się wewnątrz lub bardzo blisko naszej linii śniegu – wystarczająco blisko Słońca, aby naprawdę trudno było uciec stamtąd z Układu Słonecznego.

“Jeżeli dobrze rozumiemy procesy formowania się planet, obiekty wyrzucane z układów planetarnych raczej powinny być obiektami lodowymi” mówi Thomas Barclay, astrofizyk w Goddard i na Uniwersytecie w Maryland. “Jeżeli widzimy, że większość tych obiektów to obiekty skaliste, to chyba nasze modele czegoś nie uwzględniają”.

Naukowcy podejrzewają, że większość wyrzucanych planetezymali pochodzi z układów zawierających gazowe olbrzymy. Grawitacyjne przyciąganie ze strony tych masywnych planet może wyrzucać obiekty z układów w przestrzeń międzygwiezdną. Układy zawierające gazowe olbrzymy poruszające się po niestabilnych orbitach najintensywniej wyrzucają z siebie mniejsze obiekty, bowiem przemieszczający się po układzie olbrzym napotyka na swojej drodze więcej obiektów. Układy, w których nie istnieją gazowe olbrzymy rzadziej wyrzucają jakąkolwiek materię w przestrzeń międzygwiezdną.

Wykorzystując symulacje z poprzednich projektów badawczych, Raymond i jego współpracownicy wykazali, że niewielka część obiektów zbliża się na tyle do gazowych olbrzymów, że zostaje rozerwana przez ich grawitację. Badacze uważają, że silne rozciąganie grawitacyjne pojawiające się w takich sytuacjach może tłumaczyć wydłużony kształt ‘Oumuamua.

Badacze obliczyli liczbę obiektów międzygwiezdnych, które mogą pojawiać się w Układzie Słonecznym, bazując na szacunkach mówiących, że układ planetarny może wyrzucać kilka mas Ziemi materii w procesie formowana swoich planet. Szacunki wskazują, że większość tej masy będzie w kilku dużych planetezymalach, a reszta będzie rozłożona na znacznie liczniejszą populację mniejszych obiektów takich jak ‘Oumuamua. Wyniki badań opublikowano 27 marca w periodyku Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Źródło: NASA