“Omo Mo”可能是一座氢分子冰山

2020-06-30 12:11 来源:Scientific

一个巨大分子云的合成图像。分子云充满了尘埃和气体,是恒星诞生的摇篮。它可能是一个分子云,产生了这个奇怪的星际物体“莫莫”。图像来源:美国航天局、CXC、PSU和汤斯利等人(x光);美国宇航局和JPL-加州理工学院(红外线)

源科学美国人

作者:乔纳森奥卡拉汉

翻译巫娜

齐修订

我们的太阳是一艘船,我们的星系是大海。随着宇宙流的运动,太阳将每2.3亿年左右带着它的行星绕着银河系转一圈。在大多数情况下,这次旅行是孤独的,除了偶尔与另一颗星亲密接触。但是几年前,一些不寻常的事情似乎发生了。当我们的太阳穿过浩瀚壮丽的星海时,它可能会遇到一座宇宙冰山,一个漂浮在太空中的巨大氢冰。尽管这种情况似乎不太可能发生,考虑到它可能涉及一种从未见过的新型天体,但证据似乎可信、不可思议且影响深远。

芝加哥大学的达里尔塞利格曼和耶鲁大学的格雷戈里拉夫林在《天体物理学杂志快报》(天体物理学杂志快报)上发表的一篇论文中提出了这个想法(论文的预印本可以在arXiv.org上查看)。他们研究了名为“乌姆阿穆阿”的天体的现有数据,这是2017年10月在太阳系发现的第一个星际物体。从那以后,关于它是彗星还是小行星的争论开始了,没有人知道确切的答案。然而,塞利格曼和拉夫林认为这个物体既不是彗星也不是小行星我们认为Omo Mo是由氢分子冰组成的,它本质上是一座氢冰山。"

当天文学家第一次发现Omo Mo时,它已经经过了离太阳最近的一个阶段,正离开太阳系。这种情况使得观察变得困难,但是研究人员仍然可以识别物体的一些特征。据观察,它大约有400米长,形状像雪茄,每8小时可以旋转一次,非常快。根据它在太阳系中的高速轨道,天文学家推断它出生在其他星系,因为它移动太快,无法与太阳紧密结合。然而,令人有些惊讶的是,Omo Mo在离开时显示出轻微但显著的加速度,这与预期的情况相反,因为这样一个外层空间物体本应面对太阳的重力。“这太奇怪了,”塞利格曼说。有一种力不断推离太阳,其大小约为太阳重力加速度的千分之一

学术界试图解释这种反常的加速现象,并认为这可能是被阳光加热的水冰被喷射到太空,推动物体前进。然而,拉夫林和塞利格曼认为这种现象本身不能产生足够的力来解释观察到的加速现象。塞利格曼说:“除非它有超过200%的表面积被水覆盖。”为了找到一个更合理的解释,研究人员检查了其他类型的冰,这些冰可能产生足以解释加速现象的强大喷流。其中最有效的是氢。“因为氢分子冰的结合非常松散,氢分子冰只需要覆盖6%的表面积,这足以实现这一现象。”塞利格曼说。

“奥墨墨”的意境。图片来源:维基百科,这种情况本身会为“Omo Mo”的来源指出一些非常有趣的可能方向。氢冰在-267摄氏度(从固态到气态)的极低温度下升华,仅略高于太空中的环境温度-270摄氏度。这一事实表明,富含氢冰的“Omo Mo”一定是在极其寒冷的地方形成的。这样一个寒冷的出生地最有可能存在于一个巨大的分子云中,这个分子云由数十到数百光年宽的尘埃和气体组成,恒星就是在这里形成的。

几百万年后,典型的巨大分子云中大约1%的物质会在重力作用下聚集在一起形成恒星。在消散之前,每个分子云可以产生数以千计的恒星和无数的原恒星核心。原恒星核的大小与太阳系的大小相同,它是一个不成熟的气团。它的密度从未大到足以开始核聚变,它“开始”成为一颗成熟的恒星。它们的深处没有光,密度很高,环境冷到足以形成氢冰。

“如果你想得到这么多氢冰,你必须在非常非常冷的环境中开始。”亚利桑那大学的孔硕说,他是分子云专家,为拉夫林和塞利格曼的研究提供反馈,但他没有直接参与这项研究。“离我们不远的最冷环境是分子云中的这些原恒星核心。它们核心区域的温度非常低,很可能是‘莫莫’形成的地方。”

如果这个想法是正确的,那么这个物体将为我们提供一个前所未有的机会来理解这些恒星形成的“大锅炉”。拉夫林说:“分子云中恒星形成的过程效率很低,其原因还不完全清楚。如果这样的氢分子物体在这里形成,它告诉我们一些云的温度必须变得非常低,密度必须变得相对较高。这为理解恒星和行星的形成环境提供了一个非常有趣的校准点。”

虽然这个理论看起来很奇怪,但它似乎解释了许多关于“莫莫莫”的奇怪现象。除了不寻常的加速之外,它还能揭示为什么它以每秒26公里的速度进入我们的太阳系——,这与太阳相对于附近其他恒星的平均速度非常接近。因为这个物体没有向我们移动,相反,我们向它开去,它只是一动不动地呆在原来的原恒星核心没有变成恒星的地方。

这一理论也可以解释奥莫莫不寻常的雪茄形状。它可能在1亿年内形成。当它第一次形成时,它可能是三倍大,呈球形,99%的成分是氢冰。当冰靠近太阳并第一次被加热时,它可能会被磨损,并最终收缩成细长的形状,就像一块肥皂随着时间的推移被磨成薄片一样。

作为为期四年的调查的一部分,Omo Mo的发现如此迅速和容易,这也给理论天文学家提出了一个问题。如果它是一颗星际彗星或小行星,就像博里索夫在2019年发现的无可争议的星际彗星一样,那么这个结论表明这些天体可能比我们以前想象的要普遍100倍。相比之下,关于Omo Mo起源于分子云的理论表明,由于我们发现它的速度如此之快,银河系中可能有数十亿或更多这样的物体。去年,太空望远镜科学研究所的阿玛亚莫罗马丁提出了一个不同的理论来解释莫的起源。她说:“虽然我们只观察到一个物体,但这意味着这种物体以高密度存在。这个提议可能会解决这个问题。”

这一理论不可能在“奥墨莫”上得到进一步检验。它已经从我们的视线中消失了。幸运的是,天文学家迟早会评估关于它的预测。如果他们发现一个类似的星际入侵者进入我们的太阳系,他们可以观察到随着氢冰的升华物体的质量变化。未来的天文望远镜可能会发现更多的信息,例如智利的维拉鲁宾天文台,它将在2022年开始观测太阳系十年。

研究这一理论为科学提供了许多诱人的可能性。因此,建议使用航天器观测一些天体,如欧洲的彗星拦截器,同时继续进行远程观测。漂浮在宇宙的海洋中,这些未能形成恒星的氢冰山可能在等着我们揭开这个秘密。塞利格曼说:“它们数量如此之多,实际上我们有可能近距离研究它们。”