Примерно в 1837 году странный космический объект прошёл на расстоянии в тысячу астрономических единиц от Солнца. Более сотни лет он двигался по направлению к нашей звезде будучи незамеченным. Но в конце концов, 19 октября 2017 года, люди обнаружили неприметного посетителя. 

Слабую тонкую полоску было видно на снимке гавайского телескопа Pan-STARRS1, сделанном с выдержкой в 45 секунд. На следующее утро работающий в постдокторантуре исследователь Роберт Уэрик снова обнаружил полоску и провёл сравнение с фотографией, сделанной накануне. Объект был на месте. Он неуклонно двигался по небу, ежедневно покрывая расстояние в 6,2°. 

К 22 октября было понятно две вещи. Во-первых, объект движется по гиперболической траектории. Это значит, что он совершает пролёт мимо Солнца всего единожды – загадочный гость больше никогда не навестит нашу систему. Во-вторых, если отталкиваться от данных о его орбите, то становится понятно, что происхождение этого объекта никакого отношения к Солнечной системе вообще не имеет.

Это был наш первый межзвёздный гость. Он имеет официальное наименование 1I/2017 U1. Но более известен как Оумуамуа, что в переводе с гавайского означает “пребывающий первым посланник издалека”. Оумуамуа двигается очень быстро: после его открытия исследователям было предоставлено всего 4 месяца для изучения. По истечении этого срока объект отошёл настолько далеко от Солнца, что у учёных пропала техническая возможность наблюдения за ним. За такое короткое время он дал нам некоторые сведения о своём происхождении. Но вопросов осталось больше, чем ответов.

Необычная космическая глыба

Оумуамуа подошёл наиболее близко к Земле 14 октября 2017 года – тогда расстояние между нашей планетой и этим объектом составляло 0,16 а.е. (около 60 расстояний от Земли до Луны). Примерно через неделю Оумуамуа заметил Уэрик. Объект прошёл свой перигелий (ближайшую к Солнцу точку) более чем за месяц до своего открытия, пройдя на расстоянии в 0,25 а.е. от нашего светила. Оумуамуа вошёл в нашу систему, приближаясь к Солнцу на скорости 26 км/с, а затем рванул от него на скорости почти в 88 км/с. Даже космический телескоп “Хаббл” потерял возможность его наблюдения после января 2018 года.

Между октябрём и январём между астрономами началась настоящая толкучка за возможность провести как можно больше наблюдений Оумуамуа с помощью телескопов. И наблюдений накопилось под восемь сотен. Исследователи начали с измерения показателей отражённого света. Со временем, эти данные позволили им создать кривую блеска для объекта, которая давала информацию о его вращении в пространстве, размерах и форме.

Яркость отражённого света Оумуамуа периодически изменялась более чем в десять раз. Это указывало на то, что объект вращается. Взяв за основу колебания его яркости, учёные определили, что Оумуамуа имеет длину в диапазоне от 100 до 400 метров. Его длина примерно в 6-10 раз больше, чем его ширина. Вероятнее всего, он выглядит как сигарета или сильно сплющенный овал. Оумуамуа экстремален по стандартам нашей системы – в окрестностях Солнца до сих пор не удавалось обнаружить столь вытянутые объекты. И даже если бы нам удалось обнаружить подобное тело, то объяснение процессов его формирования в контексте происхождения Солнечной системы завело бы нас в тупик.

Отражённый свет подсказал нам кое-что о вращении Оумуамуа: наш гость вращается с периодом в 8,7 часа по малой полуоси и 54,5 часа по большой. Такой тип движения распространён среди малых тел Солнечной системы, особенно если они имеют схожий с Оумуамуа размер. Но астрономы не могут сказать, были ли его параметры вращения такими же, когда объект находился “у себя дома”, или же что-то на эти параметры повлияло в ходе его путешествия.

Поверхность Оумуамуа имеет красный цвет. Это характерно и для некоторых групп тел в нашей системе: астероидов класса D и транснептуновых объектов. Но цвет Оумуамуа мало что говорит нам о его составе, потому что космическое тело может иметь красноватый оттенок по нескольким причинам. Это могут быть отложения толинов на его поверхности (как у Аррокота). Либо отложения железа (как у Марса). Или это может быть следствием космического выветривания, при котором воздействие микрометеоритов и солнечного света каким-то образом меняют свойства поверхности.

Мигрирующие струи
Некоторые расчёты показывают, что для достижения скорости Оумуамуа при сохранении нормальных процессов дегазации обычной комете нужно вращаться настолько быстро, что процесс её разрушения становится неминуемым. Но эта загадка была решена в исследовании, которое было опубликовано в мае 2019 года в приложении к журналу The Astrophysical Journal под названием The Astrophysical Journal Letters. Во главе исследования стоял Дэррил Селигман из Йельского университета, а объяснением являлось предположение о наличии у Оумуамуа “мигрирующих струй”. Исследователи предположили, что на освещённой Солнцем стороне объекта под воздействием тепла нашего светила могут возникать “подруливающие” струи газа. Эти струи будут “мигрировать” по поверхности Оумуамуа по мере того, как объект будет вращаться вокруг своей оси. Слабые толчки от выбросов таких струй заставили бы нашего гостя качаться взад и вперёд, словно маятник. Такое движение, по расчётам команды, вполне объясняет наблюдаемую кривую блеска. Хотя зачастую, множество различных типов движения могут создавать кривые блеска одного и того же типа, что затрудняет различия между пониманием характера движений без дополнительной информации. Согласно работе Селигмана, если Оумуамуа является кометой, то она, вероятно, потеряла примерно 10 процентов своей массы в ходе путешествия через Солнечную систему.

Астероид или комета?

Астрономы ожидали, что первым найденным межзвёздным объектом в Солнечной системе станет комета. В основном потому, что кометы зачастую намного ярче астероидов, что упрощает их обнаружение. В нашей системе (и, вероятно, в других) кометы формируются вдалеке от центрального светила, где его гравитационное влияние слабо. Поэтому кометы могут быть легко выброшены из своих систем.

Многие кометы также имеют очень эксцентричные орбиты. У совершенно круглой орбиты нулевой эксцентриситет. Орбиты с эксцентриситетом между 0 и 1 являются эллиптическими. А орбиты с эксцентриситетом выше 1 являются гиперболическими траекториями . Объекты, покинувшие свою систему по такой траектории, никогда в неё больше не возвращаются. Оумуамуа вошёл в Солнечную систему над плоскостью эклиптики, в которой вращаются планеты. Эксцентриситет орбиты этого объекта составляет 1,2. Это означает, что он никогда к нам не вернётся.

В Солнечной системе есть объект, двигающийся похожим образом. Орбита кометы C/1980 E1 имеет эксцентриситет 1,058. Благодаря сближению с Юпитером она приобрела скорость, которая позволила ей освободиться от гравитационного влияния Солнца. Но эксцентриситет орбиты Оумуамуа выше настолько, что позволяет нам сделать вывод о том, что этот объект пришёл во внутреннюю часть Солнечной системы не из пояса Койпера или облака Оорта, а из другой планетной системы. 

По словам Карен Мич, которая является членом команды, обнаружившей и изучавшей Оумуамуа, Центр малых планет первоначально (20 октября 2017 года) классифицировал этот объект как короткопериодическую комету. К 24 октября ему присвоили статус долгопериодической кометы (C/2017 U1). Но Оумуамуа уже облетел Солнце к тому времени, как его обнаружили: у него не было хвоста. Команда Мич связалась с Центром малых планет, и 26 октября он присвоил объекту статус A/2017 U1 – долгопериодическая комета без комы или хвоста. В конечном итоге астрономическое сообщество разработало новую систему наименований межзвёздных объектов, окрестив новичка 1I – первым обнаруженным объектом данного класса.

Затем, в июньском выпуске журнале Nature за 2018 год появилась статья за авторством Марко Микели из Координационного центра околоземных объектов программы наблюдений за космической обстановкой ЕКА в Италии. В публикации сообщалось, что характер движения Оумуамуа не соответствует таковому у астероидов. По словам Карен Мич (которая была соавтором исследования), у Оумуамуа было “сильное негравитационное ускорение”. Что означает, что не только гравитация отвечала за движение этого объекта. Что-то заставило его ускориться, когда он покидал Солнечную систему.

Ускорение Оумуамуа было направлено в сторону, противоположную движению Солнца. Оно было также связано с удалённостью гостя от светила, падая по мере увеличения расстояния между ними. По словам Мич, существует несколько вещей, которые могли вызвать такой характер ускорения. Команда учёных исследовала восемь таких причин. Среди них: трение или сопротивление, которое может оказать влияние на траекторию объекта; вариант того, что Оумуамуа представляет собой несколько гравитационно связанных тел; сильное собственное магнитное поле объекта, которое могло взаимодействовать с солнечным ветром и вариант воздействия солнечных фотонов, придающих Оумуамуа ускорение.

Исследователи исключали эти варианты один за другим. Трение или сопротивление скорее будет отвечать за притяжение этого тела к Солнцу, а не за ускорение от него. Полученные изображения Оумуамуа не выявили на пути его прохождения объектов достаточно больших, чтобы они могли повлиять на его движение. И даже вероятное сильное магнитное поле Оумуамуа не смогло бы придать ему достаточное ускорение при взаимодействии с солнечным ветром. Чтобы солнечные фотоны могли оказывать хоть какое-то влияние на Оумуамуа, он должен иметь невероятно низкую плотность – такую, какую имеют аэрогели. А учёные из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики Шмуэль Бялы и Абрахам Лоэб предположили, что Оумуамуа представляет собой очень тонкий объект с большой площадью поверхности – как солнечный парус.

Идея о том, что Оумуамуа является космическим аппаратом инопланетян или брошенной внеземной технологией, конечно, захватывающая. Но Мич и команда утверждают, что это маловероятно. По крайне мере потому что одно из предложенных объяснений всё же работает. Дегазация.

Дегазация – это процесс превращения материала космического тела в газ и пыль с дальнейшей их утечкой под воздействием солнечного излучения из-за приближения космического тела к звезде. Этот процесс придаёт кометам дополнительное ускорение. По словам Мич, Оумуамуа имеет тот же запас прочности, что и классические кометы, теряя примерно 1 килограмм материала в секунду по мере приближения к Солнцу. Это обычное явление для комет Солнечной системы. В конце концов, учёные изначально ожидали, что Оумуамуа является кометой.

Но у объекта не было хвоста – даже при самых тщательных наблюдениях его обнаружить не удалось. Карен Мич была частью команды, искавшей следы дегазации у нашего гостя. Учёные пытались обнаружить CN (циан), CO (угарный газ), CO2 (углекислый газ) и H2O (вода). Циан – довольно яркое и легко обнаруживаемое вещество. Его можно использовать в качестве заменителя для воды при наблюдениях, потому что последнюю обнаружить сложнее. Учёные также ожидали некоторое количество CO и CO2, потому что при удалении от Солнца (и, соответственно, падении температуры) воде было бы сложнее сублимироваться с поверхности.

Исследователи наблюдали за Оумуамуа в течение 30 часов с помощью космического инфракрасного телескопа “Спитцер”, но ничего не обнаружили. Это было странно, потому что ожидалось, что будет происходить довольно сильное истечение газов. Иначе, откуда ускорение? Но несмотря на точные измерения, ни следов циана, ни следов каких-либо иных газов обнаружено не было.

Когда газ выходит из кометы, он обычно уносит за собой пыль с поверхности. Чем сильнее выделение газа, тем больше пыли он забирает с собой. Команда Мич искала и пыль, но, опять же, ничего не нашла. Но это всё равно не отменяет теорию о том, что, возможно, Оумуамуа является кометой. Даже если бы на этом теле не было мелкой пыли, всегда есть шанс на наличие крупной, которую сложнее заметить в оптическом диапазоне (в нём проводились наблюдения).

Карен и её коллеги пришли к выводу, что Оумуамуа – это комета с необычной химией, нехарактерной для Солнечной системы. Что неудивительно. Ведь Оумуамуа рождён не здесь.

Что Оумуамуа говорит нам?

При таком количестве неопределённостей может показаться, что Оумуамуа совсем нечего нам рассказать. Подобных ему объектов наблюдать не приходилось. Но даже единственное в своём роде космическое тело может многое рассказать астрономам. Особенно если они ожидали увидеть не то, что они в итоге увидели.

Оумуамуа может быть выброшенной из планетной системы планетезималью или строительным материалом, который не пригодился в формировании более крупных тел. Открытие Оумуамуа имеет значение в том смысле, что теперь мы можем оценить количество подобных объектов, доступных для поиска. Обнаружившая первого межзвёздного гостя обсерватория Pan-STARRS начала свою работу в 2010 году. Никто не завышал ожидания относительно результатов её работы: исследователи надеялись лишь примерно понять число межзвёздных объектов, проходящих через Солнечную систему.

Ожидается, что 8,4-метровый телескоп LSST, который начнёт свою работу в 2022 году, сможет обнаруживать один межзвёздный объект в год. Карен Мич утверждает, что если бы он работал в 2017 году, то смог бы обнаружить Оумуамуа за три месяца до открытия телескопом Pan-STARRS (то есть в июле). Но тот факт, что 1,8-метровый телескоп Pan-STARRS1 обнаружил Оумуамуа, может означать лишь одно из двух: либо межзвёздных объектов гораздо больше, чем мы думали, либо Оумуамуа не является нормальным членом межзвёздной популяции.

По мере того, как всё больше телескопов начинают наблюдать ночное небо, у астрономов появляется возможность оценить количество и свойства наших межзвёздных гостей. Но ожидаемые числа зависят от нескольких факторов. От размера объекта (астрономы не ожидали, что первый открытый межзвёздный объект будет столь небольшим) до скорости, с которой подобные объекты выбрасываются за пределы своих систем. Последний фактор, в свою очередь, зависит от ещё нескольких: размера системы, количества планет-гигантов и доступных для “выталкивания” объектов, насколько близко к системе проходят звёзды, способные повлиять на объекты внутри неё и т.п.

Что мы действительно знаем об Оумуамуа, так это то, что он является молодым объектом. Основываясь на оценках скорости и траектории, предполагается, что его возраст составляет примерно 2 миллиарда лет. Корин Бэйлер-Джонс из Института астрономии имени Макса Планка в Гейдельберге (Германия) рассчитал путь Оумуамуа. Объект возник где-то в направлении созвездия Лиры (ещё до того, как он вошёл в Солнечную систему). Он сравнивал положение Оумуамуа с положением 7 миллионов звёзд Млечного пути, наблюдаемых телескопом Gaia, как бы “отматывая назад” траектории движения звёзд и самого объекта. Делалось это для того, чтобы обнаружить звёзды, к которым Оумуамуа находился ближе всего.

Учёный нашёл четыре потенциально возможных светила, к которым Оумуамуа проходил настолько близко, что они могли является местом его рождения. Бэйлер-Джонс идентифицировал звёзды, находящиеся в пределах 1–2 радиусов облака Оорта от пути Оумуамуа (примерно от 100 000 до 200 000 а.е.). Но близкое прохождение около звезды не означает того, что система этой звезды является для Оумуамуа домом. Было показано, что скорее всего этот объект был выброшен из своей системы на скорости от 10 до 25 км/с. По словам Мич, получить такую скорость только за счёт толчка от планеты-гиганта довольно проблематично. Особенно если учитывать, что ни у одной из четырёх звёзд не было обнаружено планет.

Такая высокая скорость могла быть обусловлена тем, что Оумуамуа ведёт свое происхождение из двойной звёздной системы. Но ни одна из звёзд-кандидатов не является двойной. Следующий пакет данных от аппарата Gaia ожидается в 2021 году. Возможно, астрономам удастся обнаружить новых кандидатов в “дом для Оумуамуа” на основе этой информации. Но на данный момент происхождение Оумуамуа определить невозможно.

Если Оумуамуа вошёл в Солнечную систему почти два столетия назад, почему астрономам понадобилось столько времени, чтобы обнаружить его?
У Оумуамуа необычная траектория: объект вошёл к нам в гости “с потолка”. Не самое обычное место для поиска межзвёздных космических посетителей. В подобном ключе проходили наблюдения лишь у телескопа Pan-STARRS1. Незадолго до открытия Оумуамуа как раз выходил из области диска Солнца, где был спрятан некоторое время. Нужно было направить телескопы прямо на Солнце, чтобы увидеть его. Чего никто, конечно же, делать не собирался. Кроме того, Оумуамуа очень маленький объект. До приближения к Солнцу наши инструменты не позволяли найти его.

Это только начало

Со времени последних наблюдений телескопа “Хаббл” в январе 2018 года, Оумуамуа был вне досягаемости астрономов. По словам Мич, Оумуамуа должен достичь пояса Койпера примерно в 2024 году, пройдя его дальнюю границу в конце 2025 года. Межзвёздный объект пройдёт аппараты “Вояджер” примерно в 2038 году. К 2196 году он снова будет на расстоянии в 1000 а.е. от Солнца. А когда Оумуамуа действительно пересекает край солнечной системы зависит только от того, где вы определяете этот край.

Хоть Оумуамуа и вышел из поля зрения учёных, он всё ещё не покидает их мысли. Астрономы всего мира продолжают размышлять над загадками, которые он нам оставил.

Мы очень хотели узнать, из чего он состоит. Подробно изучить его химию. Но эксперимент прошёл не очень удачно. Оумуамуа имел очень странную вытянутую форму. И лично для меня это самая большая загадка, которую мы не можем решить.

Карен Мич

Отныне Оумуамуа не одинок. 30 августа 2019 года астроном-любитель Геннадий Борисов с помощью крымской обсерватории MARGO заметил на небе новую комету. Обозначенный как 2I/Borisov объект двигался на скорости в 150 000 км/ч (более 41 км/с). Быстрее, чем ожидалось для подобного тела на расстоянии в 2,8 а.е. от Солнца. Его скорость и траектория движения смогли кое-что подсказать. Комета погружалась во внутреннюю Солнечную систему под углом в 40 градусов относительно плоскости эклиптики по орбите с эксцентриситетом 3,7! Эта комета возникла не в Солнечной системе.

В отличие от Оумуамуа, у кометы Борисова наблюдался чётко различимый хвост. Комета оказалась в перигелии 8 декабря 2019 года, на расстоянии в 2 а.е. от Солнца. Она является довольно ярким объектом – какое-то время комета была доступна для наблюдения в любительские телескопы.  Даже после того, как объект исчез из поля зрения любителей, у профессиональных обсерваторий осталась возможность отслеживать его (астрономы имеют такую возможность до октября 2020 года).

Команда Карен Мич пронаблюдала комету, оценив её размер от 2 до 16 километров. У объекта были обнаружены выбросы циана. Исследователи имеют очень большой период наблюдений, который позволит им подробно исследовать химию объекта. 

Комета Борисова очень напоминает типичную комету Солнечной системы и радикально отличается от своего предшественника Оумуамуа. Эти различия очень важны для астрономов, которые пытаются понять процессы формирования иных планетных систем.

Но независимо от того, сколько межзвёздных посетителей учёные ещё пронаблюдают, Оумуамуа навсегда останется для нас первым. И хотя у астрономов остались  вопросы без ответа, его открытие означает начало новой эры, в которой мы, наконец, сможем разгадать многие из загадок, объясняющих процессы формирования планет и что происходит с кирпичиками, которые они теряют по пути.

Источник