天文探索：神秘天體奧陌陌可能是一座氫分子冰山

一團(tuán)巨大的分子云的合成圖像。分子云中充滿了塵埃和氣體，是恒星誕生的搖籃，可能正是某個(gè)分子云孕育了這個(gè)奇怪的星際物體“奧陌陌”。圖片來源：NASA, CXC, PSU and L. Townsley et al. (x-ray); NASA and JPL-Caltech (infrared)
我們的太陽是一艘船，我們的銀河就是大海。隨著宇宙流的移動(dòng)，太陽每?jī)蓛|三千萬年左右就會(huì)帶著它的行星環(huán)繞銀河系一圈。在大多數(shù)情況下，這次旅行都是孤獨(dú)的，除非，偶爾會(huì)與另一顆恒星近距離接觸。但幾年前，似乎發(fā)生了一些不同尋常的事情。當(dāng)我們的太陽穿越這片遼闊、壯麗的星海時(shí)，可能遇到了一座宇宙冰山，一塊巨大的漂浮在太空中的氫冰。盡管這種情況看起來不太可能發(fā)生，但考慮到它可能涉及一種以前從未見過的新類型的天體，其證據(jù)看起來可信而不可思議，并且影響深遠(yuǎn)。
這個(gè)想法是由芝加哥大學(xué)的Darryl Seligman和耶魯大學(xué)的Gregory Laughlin在《天體物理學(xué)雜志快報(bào)》（Astrophysical Journal Letters）上發(fā)表的一篇論文中得出的結(jié)論（論文預(yù)印本可在arXiv.org查看）。他們研究了一個(gè)名為“奧陌陌”（‘Oumuamua）的天體的現(xiàn)有數(shù)據(jù)，這是2017年10月在太陽系發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)星際物體。從那時(shí)起，關(guān)于它是彗星還是小行星的爭(zhēng)論就開始了，沒有人知道確切的答案。然而 Seligman和Laughlin認(rèn)為，這個(gè)物體既不是彗星也不是小行星，“我們提出，奧陌陌是由氫分子冰組成的，它本質(zhì)上是一座氫冰山?！?br> 天文學(xué)家第一次發(fā)現(xiàn)“奧陌陌”時(shí)，它已經(jīng)過了距離太陽最近的階段，正在離開太陽系的路上。這種情況使得觀測(cè)有些困難，但研究人員還是能夠辨別出該物體的一些特征。據(jù)觀測(cè)，它大約有400米長(zhǎng)，形狀像一支雪茄，大約每8小時(shí)就可以旋轉(zhuǎn)一圈，速度很快。根據(jù)它在太陽系中高速運(yùn)行的軌跡，天文學(xué)家推斷它誕生于其他星系，因?yàn)樗倪\(yùn)動(dòng)速度太快，無法與太陽緊密結(jié)合。但有點(diǎn)令人驚訝的是，“奧陌陌”在離開時(shí)表現(xiàn)出了輕微但顯著的加速，這與預(yù)期情況正好相反，因?yàn)檫@樣的外太空物體本該與太陽引力對(duì)抗?！斑@太奇怪了，”Seligman說，“這里存在一種（把它）持續(xù)推離太陽的力，其大小約為太陽引力加速度的千分之一。”
學(xué)界試圖對(duì)這種異常加速現(xiàn)象進(jìn)行解釋，認(rèn)為可能是被陽光加熱的水冰噴射到太空，反推物體前進(jìn)。但Laughlin和Seligman認(rèn)為，這個(gè)現(xiàn)象自身不可能產(chǎn)生足夠大的力來解釋觀測(cè)到的加速現(xiàn)象。Seligman說：“除非它有超過200%的表面積被水覆蓋?！睘榱藢で蟾侠淼慕忉?，研究人員檢查了其他類型的冰，這些冰可能產(chǎn)生了足以解釋加速現(xiàn)象的強(qiáng)大噴射流。這其中最有效的是氫。“因?yàn)闅浞肿颖慕Y(jié)合非常松散，所以氫分子冰只需要覆蓋表面積的6%，就足以實(shí)現(xiàn)該現(xiàn)象?！盨eligman說。


圖片來源：Pixabay
這種情況本身就會(huì)對(duì)“奧陌陌”的來源指出了一些非常有趣的可能方向。氫冰在-267攝氏度的極低溫下升華（由固體變?yōu)闅怏w），這僅略高于太空的環(huán)境溫度，-270攝氏度。這一事實(shí)表明富含氫冰的“奧陌陌”一定是在極端寒冷的地方形成的。這樣一個(gè)寒冷的發(fā)源地最有可能存在于一個(gè)巨大的分子云中，它由數(shù)十到數(shù)百光年寬的塵埃和氣體聚集而成，恒星便在這里形成。
在數(shù)百萬年的時(shí)間里，一個(gè)典型的巨大分子云中大約1%的物質(zhì)會(huì)在引力的作用下聚集在一起形成恒星。在消散之前，每一片分子云都能產(chǎn)生數(shù)千顆恒星以及無數(shù)的原恒星核（protostellar core）。原恒星核的大小與太陽系相當(dāng)，是不成熟的氣體團(tuán)塊，其密度從未達(dá)到足夠大，無法開始核聚變，“啟動(dòng)”成為成熟的恒星。它們的深處沒有光線，密度較大，環(huán)境便冷到足以形成氫冰。
“如果想獲得這么多的氫冰，你就得從一個(gè)非常非常冷的環(huán)境開始?！眮喞Ｄ谴髮W(xué)的Shuo Kong如是說，他是分子云方面的專家，為L(zhǎng)aughlin和Seligman的研究提供反饋，但他沒有直接參與這項(xiàng)研究?！半x我們不太遠(yuǎn)的最冷的環(huán)境就是分子云內(nèi)部的這些原恒星核，它們核心區(qū)域的溫度非常低，很可能就是形成‘奧陌陌’的地方。”
如果這個(gè)想法是正確的，那么該物體將為我們提供一個(gè)前所未有的機(jī)會(huì)，以理解這些恒星形成的“大汽鍋”。Laughlin說：“分子云中恒星形成的過程效率很低，而原因還沒有完全弄清楚。如果這里會(huì)形成這樣的分子氫物體，這便告訴我們有些云的溫度必須變得非常低，密度也必然變得相對(duì)較高。這為了解恒星和行星的形成環(huán)境提供了一個(gè)非常有趣的校準(zhǔn)點(diǎn)?！?br>

“奧陌陌”藝術(shù)構(gòu)想圖。圖片來源：Wikipedia
這個(gè)理論雖然看起來很奇怪，但它似乎可以解釋很多關(guān)于“奧陌陌”的奇怪現(xiàn)象。除了不尋常的加速度，還可以揭示為什么它以每秒26公里的速度進(jìn)入我們的太陽系——這很接近太陽相對(duì)于附近其他恒星的平均速度。因?yàn)槟莻€(gè)物體沒有向我們移動(dòng)，反而是我們朝它駛?cè)?，它只是一?dòng)不動(dòng)地待在它最初的原恒星核未能變成恒星的地方。
“奧陌陌”不尋常的雪茄形狀也可以用這個(gè)理論來解釋。它可能形成于1億年之內(nèi)，最初形成的時(shí)候可能比現(xiàn)在大三倍，呈球形，而且99%的成分是氫冰。冰可能在接近太陽并且第一次被加熱的時(shí)候就被磨損了，最終縮小成細(xì)長(zhǎng)的形狀，就像一塊肥皂隨著時(shí)間的推移，被磨成細(xì)長(zhǎng)的薄片一樣
作為一項(xiàng)為期四年的調(diào)查的一部分，“奧陌陌”的發(fā)現(xiàn)如此迅速和容易，這一事實(shí)也給理論天文學(xué)家們提出了一個(gè)問題。如果它是一顆星際彗星或小行星，就像在2019年發(fā)現(xiàn)的無可爭(zhēng)議的星際彗星Borisov一樣，那么這個(gè)結(jié)論表明這些天體可能比我們之前認(rèn)為的要普遍100倍。相比之下，“奧陌陌”起源于分子云的理論表明，既然我們這么快就發(fā)現(xiàn)了它，那么銀河系中可能有數(shù)十億乃至更多的這樣的物體。太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所（Space Telescope Science Institute）的Amaya Moro-Martin在去年提出了一個(gè)關(guān)于“奧陌陌”起源的不同理論，她說：“盡管我們只觀察到一個(gè)物體，但它暗示這類物體以很高的數(shù)量密度存在。這個(gè)提議可能會(huì)解決這個(gè)問題?！?br> 在“奧陌陌”上進(jìn)一步檢驗(yàn)這個(gè)理論已經(jīng)不可能，它早已從我們的視線中消失了。但幸運(yùn)的是，天文學(xué)家遲早會(huì)對(duì)關(guān)于它的預(yù)測(cè)進(jìn)行評(píng)估。如果他們發(fā)現(xiàn)一個(gè)類似的星際闖入者進(jìn)入我們的太陽系，他們可以觀察到該物體隨著氫冰升華發(fā)生的質(zhì)量變化。未來建成的天文望遠(yuǎn)鏡可能會(huì)發(fā)現(xiàn)更多信息，如智利的Vera C. Rubin天文臺(tái)，它將于2022年開始對(duì)太陽系進(jìn)行為期十年的觀測(cè)。
對(duì)該理論進(jìn)行研究在科學(xué)上提供了許多誘人的可能，因此有人提議使用航天器觀測(cè)其中一些天體，例如歐洲的彗星攔截器（Comet Interceptor），同時(shí)繼續(xù)進(jìn)行遠(yuǎn)程觀測(cè)。漂浮在宇宙的海洋里，這些未能形成恒星的氫冰山可能正等待著我們揭開秘密。Seligman說：“它們的數(shù)量非常多，我們實(shí)際上有可能近距離研究它們?！?br> 撰文：Jonathan O'Callaghan
翻譯：吳娜
審校：戚譯引
引進(jìn)來源：Scientific American
引進(jìn)鏈接：https://www.scientificamerican.com/article/a-hydrogen-iceberg-from-a-failed-star-might-have-passed-through-our-solar-system/


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