在发现5年后欧穆阿穆阿仍然困惑科学家们

By Keith Cooper

2022/10/20

Science & Astronomy

尽管它的起源仍然是模糊的，但星际天体像“欧穆阿穆阿”可能是在年轻行星系统中浪荡的行星的产物。

艺术家的星际天体的描画。(Image credit: ESA/Hubble, NASA, ESO, M. Kornmesser)

发现来自我们太阳系以外第一个已知天体五年后，科学家们仍正在弄清楚这个奇怪的天体说关于行星系统的的。

像海王星这样的掠夺的冰巨行星可能正在将数万亿的小天体抛入星际空间，其中一些访问我们的太阳系，就像欧穆阿穆阿在2017年所做的那样。如果这是真的，那么在恒星之间移动的流氓天体的群可能是在数百个万亿的万亿（一个数字后跟有大约26个0）。

欧穆阿穆阿被在2017年10月19日发现，已经从星际空间到达，在那里它在摇摆过我们太阳系后再次头朝前走了。来自星际空间的小天体访问的存在不令人惊讶。事实上，像欧穆阿穆阿和鲍里索夫这样的迄今为止仅发现的两个闯入者很久以前就被预测到了。

耶鲁大学的天文学家格雷格·劳克林告诉太空网站，“我们知道当太阳系正在形成时值几十个地球质量的小冰体会已经被甩进星际介质中，因此如果你取我们的太阳系作为一个代表，那么你会期望有相当多的漂移过星际空间的东西”。

甩这些无数小天体的机制是行星迁移的结果，特别是巨行星的野蛮。2005年，天文学家提出了“尼斯模型”，之所以这样命名是因为开发它的天文学家在法国尼斯的蓝色观测台工作。尼斯模型描述在一个丰富的小行星和彗星的圆盘内的相互作用怎样敦促了土星、天王星和海王星来向外迁移和木星在数亿年的时间里略微向内迁移。

尼斯模型自此以来一定程度上已经失宠，被类似的替代方案如大方针模型取代，这个描述木星怎样最初向内移动，仅土星的引力来阻止它并把它拉回来。但按照劳克林，在星际天体的背景下哪个模型是正确的并不重要。

     他说，“任何有就像它们正在大行星海洋中形成的巨行星一样运动的模型都要产生星际天体”。。

当行星激起一个邻居时

劳克林和加州理工学院的天文学家康斯坦丁·巴蒂金捏造了“抛线”这个术语，用来描述这种甩能发生的地方。

劳克林说，““抛线”只是对“雪线”一词的一个重复”。他指的是距离一颗恒星的距离，在那里的水作为冰比蒸发是更稳定的。反过来，抛线位于一颗巨大的行星能够以足够的加速度投掷一个小天体来取得从它的恒星引力的拉力的逃逸速度。行星越远，这变得越容易，因为恒星的引力随着径向距离减小。

艺术家的一个海王星一样的系外行星和一个冰行星体的印象。 (Image credit: NASA/Goddard/Francis Reddy)

按照劳克林，在我们的太阳系中抛线距离太阳约为3.72亿英里（约6亿公里），这与雪线的距离是相同的。

我们附近的四个气态巨星------木星、土星、天王星和海王星------都在抛线之外，所有这些可能已经将天体甩进星际空间，但这个过程不一定四个都需要。

劳克林说，“它不需要某些像木星那样戏剧性的东西，海王星准备好做这个伎俩的”。

作为一个环绕在逃逸速度很低区域并有大量的冰体要扔中的最遥远的行星，海王星随行星向外迁移会已经起太阳系的保镖作用，甩许多小天体走它自己的路。

劳克林说，“如果欧穆阿穆阿是典型的，那么这就提出平均恒星有一个海王星一样的行星，就像我们的太阳系一样”。并补充说有支持这一点的观测证据，以阿塔卡玛拍摄图像的形式，阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列的形式，围绕年轻恒星的形成行星的尘埃盘。许多这些盘在它们中似乎有环形状的间隙，可能已经被海王星一样世界的引力清除掉。

可能由行星雕刻的原行星盘的例子。这些图像作为阿塔卡玛的高角分辨率项目的盘子结构（DSHARP）调查的部分。(Image credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Andrews et al/NRAO/AUI/NSF/S. Dagnello)

虽然这听起来可能不像是一个启示，但对于一直在试图确定我们自己的太阳系与其他恒星周围的系统相比只是多典型的天文学家是重要的。

迄今为止发现的许多气体巨星系外行星都被称为热木星和热海王星，它们已经向内迁移并且现在非常近环绕它们的恒星。这些世界不能将小天体甩进星际空间，因为靠近它们的恒星的逃逸速度太大了。此外，这些拥有热巨行星的星系与我们的太阳系非常不同，太阳系的内部世界是小的、岩石的和离太阳比较远。

然而，预测的星际天体的丰富性意味着至少我们的外太阳系的结构可能是相当有规则的。

一个星际天体的配方

这种甩机制会解释传统的星际彗星如鲍里索夫。

然而，“欧穆阿穆阿没有任何传统的东西。它的形状最可能是一个扁平的盘一样薄片，而不是最初提出的一个长碎片。我们已经看到了一个美国宇航局的新地平线号航天器在2019年新年飞过有点形状相似的以柯伊伯带天体阿罗科斯形式的天体。

柯伊伯带的一个被标榜为阿罗科斯的天体的新地平线号图像。University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute)

然而，大多数彗星的形状并不像“欧穆阿穆阿或阿罗科斯”。此外，欧穆阿穆阿没有一个彗星的签名彗发，即“围绕彗星主体的大气层” 。此外，它的加速就好像它正在被放气推动一样发生了变化，放气推动是一个彗星的典型，尽管天文学家不能够探测到任何放气。

撇开非传统的解释，劳克林喜欢的一个假设是 “欧穆阿穆阿是一大块固体氢冰” 。这样一个天体能形成的唯一位置将是在一个致密的气体分子云的冷核中。这样的云一旦它们是引力上去稳定的变成恒星的诞生地，但它们是否足够冷到来形成像“欧穆阿穆阿”这样的固体氢块呢？

劳克林说，“如果氢冰理论是正确的，那么欧穆阿穆阿的所有属性会被直接的解释”，该理论提出“欧穆阿穆阿会已经在一个是一个更大天体的分子云中形成，随着时间削小下来。劳克林喜欢用一块肥皂比喻，肥皂一开始是厚厚的方块，但经过多次冲洗它减小成一个薄薄的扁平片——和“欧穆阿穆阿”的形状一样。

劳克林说，“这个理论的问题是很难让环境足够冷以便氢分子足够快的冻结”，分子氢在大约14开尔文处冻结------比绝对零度高出14度或零下434华氏度（零下259摄氏度）。分子云的核能达到类似的温度，但对氢快速凝结成一个固体的条件会必须是刚好合适，而且不清楚这些条件发生有多规律的。然而，如果它们是常见的，劳克林说，那么“欧穆阿穆阿会已经是某些在恒星和行星在它的云中形成之前被组装的东西”。

这个的一个支持证据是欧姆阿姆阿在它到达我们太阳系之前穿过太空的路径。天文学家已经追溯了它，发现了在4500万年前“欧姆阿姆阿会已经在一个巨大的即将形成船底座移动团的恒星的分子云的同一地点中” 。

一个星际天体的缺乏

如果欧穆阿穆阿确实是一个氢冰山，或者甚至它只是来自一个像鲍里索夫那样的行星系统甩出的某些自然怪物，那么太空肯定应该充满更多来自遥远恒星的这些游客。天文学家们发现除了欧穆阿穆阿和鲍里索夫我们还没有发现其他星际闯入者令人惊讶吗？

当欧姆阿姆阿在2017年被发现时洛杉矶加州大学的天文学家戴夫·杰维特基于当我们做了发现欧姆阿姆阿时的可能性预测了在我们的太阳系在任何时候有10000个星际闯入者，他与简路在1992年共同发现了第一个柯伊伯带天体。

他告诉太空网站，这个估计仍然成立。然而，杰伊特承认他很惊讶鲍里索夫在欧姆阿姆阿之后这么快出现，他很失望自此以来我们没有另一个。

劳克林仍然倾向对星际闯入者数量最乐观的场景，但只是。他说“目前星际天体的缺乏还不令人惊讶，但它正开始变得令人惊讶”，基于目前五年内只有两个的发现率，他说，目前对此类天体丰度的估计应该减半。

然而，杰维特指出发现星际闯入者是很困难的，即使它们正在以庞大的群访问我们的太阳系。

他说，这10000个天体被分布在海王星轨道内的整个体积上，除非它们靠近地球经过，否则没有一个会是可探测到的，就像欧穆阿穆阿只是因为这些原因被注意到一样。

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然而，位于智利的维拉鲁宾天文台将在本世纪中叶开始进行观测。凭借它的8.4米的宽视场堪查望远镜，它将开始进行空时遗产堪查（LSST），如果预测属实，预计它每年至少会发现一名星际闯入者。

(与五年前相比科学家们已经更容易来理解这些天体了。随着詹姆斯·韦伯太空望远镜升空和运行，天文学家有一个强大的工具来研究这些当欧姆阿姆阿穿越太阳系时是不能利用的天体)。

劳克林说，“如果像欧姆阿姆阿这样的天体在短时间内被鲁宾空时遗产堪查发现了，那么这正在指向大群的海王星一样的行星，但如果它没有发现这样的天体，那么“欧姆阿姆阿”是一个不寻常的程度将会变得越来越显著的”。