国家天文台联合揭示星际来客“奥陌陌”起源

人类确认并发现的第一个星际物体奥尔茂的起源刚刚被揭示。

北京时间4月13日，国际学术期刊《自然天文学》在网上发表了中国科学院国家天文台博士张赟和美国加州大学圣克鲁斯分校教授林超的研究论文，揭示了这类星际物体的形成机制和成为星际物体的过程。本文提出的新模型表明，奥罗莫可能是被原行星系统中恒星的潮汐作用撕裂和抛出的碎片。数值模拟结果首次全面系统地再现了奥罗莫的所有特征。

2017年10月，天文学家发现了一个闯入太阳系的太阳系外小天体。IAU把它命名为“奥尔茂”(1I/‘乌姆阿穆阿’)。作为人类观察到的第一个星际物体，奥罗莫的到来引起了全世界的关注。同时，奥罗莫的独特性质也引发了学术界对原始星际物体形成和演化机制的重新讨论。奥罗莫大约有100米长，长轴和短轴之比是6:10:1，这比已知太阳系中小天体的长轴和短轴之比要大得多，而且具有极其特殊的狭长形状。奥罗莫在运动过程中伴随着快速旋转，其旋转轴并不固定。

在奥罗莫被发现之前，现有的行星系统理论认为彗星更有可能被它们原来的行星系统抛弃，而且由于彗星比同样大小的小行星更亮，大多数可观察到的星际物体应该是彗星。因此，天文学家希望用观测方法来验证奥罗莫属于彗星的猜想。然而，即使几乎所有的天文望远镜都被调用，人们也没有发现任何向外喷射气体和尘埃的迹象，因此推断奥罗莫是一颗小行星而不是彗星。然而，在对奥罗莫轨道数据进行统计研究后，发现只有引入一个相当大的非引力项，才能合理解释其轨道。彗星的向外喷射可以提供这样一个非重力加速度，但这似乎不能解释奥尔默特，他有一个小行星的外观。然而，由太阳光压力引起的非重力加速度只对大面积质量比的物体有效——这就要求奥尔默特有一个异常松散的结构。奥尔茂消失两年后，关于它的形状和非重力加速度的谜团仍未解开。它的起源和成为星际物体的过程一直困扰着天文学家，甚至有些科学家推测奥尔茂与外星生命的存在有关。

“奥罗莫的光谱特性表明，它曾经受到原始行星系统中恒星的强烈热辐射。这一特征可以通过近距离飞越恒星产生。该论文的第一作者和通信作者张赟说:“如此近距离的接触可能会导致奥罗莫的母体被恒星的潮汐作用撕裂，从而将奥罗莫从原始系统中抛弃。”。“正是这一最普通的性质启发我们开始研究潮汐撕裂星际天体的理论。”通过使用超级计算机对近距离飞越恒星的过程中天体的结构和热力学演化进行高分辨率数值模拟研究，他们发现恒星的潮汐力会将天体粉碎成许多细长的碎片，同时，潮汐作用会使一些碎片的速度超过恒星的逃逸速度，使它们成为星际天体。这些碎片具有翻滚和旋转的特性。长轴和短轴的比例大多高于5:1，有些甚至可以高于10:1。在潮汐粉碎的过程中，这些碎片的表面被恒星的灼热融化了。当它远离恒星时，熔化的表面重新凝结，使得碎片的整个结构具有很强的粘附力，从而保持所形成的细长形状的结构稳定性。恒星的热辐射也会加热这些碎片的内部，造成挥发性气体(如一氧化碳等。)大量消耗。因此，它们的光谱特性具有小行星的特征，并失去明显的彗星活动。同时，热力学分析表明，一些挥发性物质具有较高的升华温度(如水冰等)。)可以很好地保存在地下几十厘米的地方。在前往奥罗莫太阳系的短暂旅程中，剩余的水冰可以被太阳的热辐射激活并喷发，从而提供了观察到的非重力加速度。随着潮汐力的强度随着恒星密度的增加而增加，这种潮汐撕裂现象可能发生在密度较高的低恒星附近。至于太阳，它的密度相对较低，不足以产生这种现象。因此，太阳系中没有类似奥尔茂的小天体。

“类似奥罗莫的行星际天体穿越太阳系不应该是偶然事件。据估计，每个太阳系周围的恒星系统平均可以产生至少数百万个类似的星际天体，这可以解释奥罗莫人侵入太阳系的发生概率。”张赟补充道。通过分析这些群体的可能来源和分布，他们发现，从直径数千米的彗星到地球大小的行星，在被潮汐撕裂和抛出之前，可能是类似奥罗莫的星际物体的群体，而产生的星际物体的数量只能解释奥罗莫的出现概率。

随着中国和世界上各种望远镜的建造和运行，未来将会在太阳系发现更多的星际物体。到那时，人们将对这些天体的性质有更深入的了解，并对星际天体的数量有更准确的评估。位于奥罗莫的国际空间科学研究所的联合主任马修·奈特评论道:“在奥罗莫之后，我们必须彻底改变我们对星际物体的看法。这项研究中提出的星际物体的形成机制解释了有关奥尔茂的所有谜团。我们预计在未来几年将会发现新的星际物体，看看它们是否具有与奥尔茂相似的性质将会非常有趣。如果是这样，这可能表明该机制描述的过程是通用的。”

耶鲁大学(Yale University)天文学教授格雷戈里·拉布林(Gregory Labrin)表示，这项研究巧妙地利用行星系统演化过程中的常见现象来解释奥罗莫的所有特征，展示了星际物质扩散的高效率，并为人类理解行星系统的形成和演化提供了关键线索。因为这些星际天体在被抛出之前会反复穿过原始行星系统的可居住区，所以构成生命的有机物可能会通过这些天体在恒星间扩散，为人类探索生命起源的奥秘提供了新的思路。