Sinds de ontdekking in 2017, een sfeer van mysterie heeft het eerste bekende interstellaire object dat ons zonnestelsel bezocht, omgeven, een langwerpige, sigaarvormig lichaam genaamd 'Oumuamua (Hawaiiaans voor "een boodschapper van ver die het eerst aankomt").

Hoe is het gevormd, en waar kwam het vandaan? Een nieuwe studie gepubliceerd op 13 april in Natuurastronomie biedt een eerste alomvattend antwoord op deze vragen.

Eerste auteur Yun Zhang bij de National Astronomical Observatories van de Chinese Academie van Wetenschappen en co-auteur Douglas N.C. Lin aan de Universiteit van Californië, Santa Cruz, gebruikte computersimulaties om te laten zien hoe objecten als 'Oumuamua zich kunnen vormen onder invloed van getijdenkrachten zoals die worden gevoeld door de oceanen van de aarde. Hun vormingstheorie verklaart alle ongewone kenmerken van 'Oumuamua.

"We hebben aangetoond dat 'Oumuamua-achtige interstellaire objecten kunnen worden geproduceerd door uitgebreide getijdenfragmentatie tijdens nauwe ontmoetingen van hun ouderlichamen met hun gastheersterren, en vervolgens uitgeworpen in de interstellaire ruimte, " zei Lin, emeritus hoogleraar astronomie en astrofysica aan de UC Santa Cruz.

Ontdekt op 19 oktober 2017, door de Panoramic Survey Telescope en Rapid Response System 1 (Pan-STARRS1) in Hawaii, 'Oumuamua is absoluut niets anders in ons zonnestelsel, volgens Zhang. Het droge oppervlak, ongewoon langwerpige vorm, en de raadselachtige beweging dreef sommige wetenschappers zelfs ertoe zich af te vragen of het een buitenaardse sonde was.

"Het is echt een mysterieus object, maar enkele tekenen, zoals de kleuren en de afwezigheid van radiostraling, wijzen erop dat 'Oumuamua een natuurlijk object is, ' zei Zhang.

"Ons doel is om met een alomvattend scenario te komen, gebaseerd op goed begrepen natuurkundige principes, om alle verleidelijke aanwijzingen samen te voegen, ' zei Lin.

Astronomen hadden verwacht dat het eerste interstellaire object dat ze ontdekten een ijsachtig lichaam zou zijn, zoals een komeet. IJzige objecten zoals die in de Oortwolk, een reservoir van kometen in de buitenste regionen van ons zonnestelsel, evolueren op zeer grote afstanden van hun gastheersterren, zijn rijk aan vluchtige stoffen, en worden vaak uit hun gastheersystemen gegooid door zwaartekrachtinteracties. Ze zijn ook goed zichtbaar door de sublimatie van vluchtige stoffen, die een coma (of "staart") van een komeet creëert wanneer deze wordt opgewarmd door de zon. 'Oumuamua's droge uiterlijk, echter, lijkt op rotsachtige lichamen zoals de asteroïden van het zonnestelsel, wijst op een ander uitwerpscenario.

Andere onderzoekers hebben berekend dat er een extreem grote populatie van interstellaire objecten zoals 'Oumuamua moet zijn. "De ontdekking van 'Oumuamua impliceert dat de populatie van rotsachtige interstellaire objecten veel groter is dan we eerder dachten, " zei Zhang. "Gemiddeld, elk planetair systeem zou in totaal ongeveer honderd biljoen objecten zoals 'Oumuamua moeten uitwerpen. We moeten een veelvoorkomend scenario construeren om dit soort objecten te produceren."

Wanneer een kleiner lichaam heel dicht langs een veel groter lichaam gaat, getijdekrachten van het grotere lichaam kunnen het kleinere uit elkaar scheuren, zoals gebeurde met komeet Shoemaker-Levy 9 toen hij dicht bij Jupiter kwam. De getijdenverstoringsprocessen kunnen wat puin in de interstellaire ruimte werpen, die is voorgesteld als een mogelijke oorsprong voor 'Oumuamua. Maar of een dergelijk proces de raadselachtige eigenschappen van 'Oumuamua zou kunnen verklaren, bleef hoogst onzeker.

Zhang en Lin voerden computersimulaties met hoge resolutie uit om de structurele dynamiek te modelleren van een object dat dichtbij een ster vliegt. Ze ontdekten dat als het object dicht genoeg bij de ster komt, de ster kan het in extreem langwerpige fragmenten scheuren die vervolgens in de interstellaire ruimte worden uitgestoten.

"De langwerpige vorm is aantrekkelijker als we kijken naar de variatie in materiaalsterkte tijdens de ontmoeting met sterren. De verhouding van lange as tot korte as kan zelfs groter zijn dan tien op één, ' zei Zhang.

De thermische modellering van de onderzoekers toonde aan dat het oppervlak van fragmenten als gevolg van de verstoring van het oorspronkelijke lichaam op zeer korte afstand van de ster zou smelten en op grotere afstanden zou condenseren. waardoor een samenhangende korst wordt gevormd die de structurele stabiliteit van de langwerpige vorm zou garanderen.

"Hittediffusie tijdens het stellaire getijdenverstoringsproces verbruikt ook grote hoeveelheden vluchtige stoffen, wat niet alleen de oppervlaktekleuren van Oumuamua en de afwezigheid van zichtbare coma verklaart, maar verheldert ook de afgeleide droogte van de interstellaire populatie, "Zei Zhang. "Niettemin, sommige vluchtige stoffen met een hoge sublimatietemperatuur begraven onder het oppervlak, zoals waterijs, kan in een gecondenseerde vorm blijven."

Waarnemingen van 'Oumuamua vertoonden geen kometenactiviteit, en alleen waterijs is een mogelijke ontgassingsbron om de niet-zwaartekrachtbeweging te verklaren. Als 'Oumuamua werd geproduceerd en uitgeworpen door het scenario van Zhang en Lin, veel restwaterijs kan worden geactiveerd tijdens zijn passage door het zonnestelsel. De resulterende uitgassing zou versnellingen veroorzaken die overeenkomen met de komeetachtige baan van 'Oumuamua.

"Het scenario van getijdenfragmentatie biedt niet alleen een manier om één enkele 'Oumuamua, maar is ook verantwoordelijk voor de enorme populatie van asteroïde-achtige interstellaire objecten, ' zei Zhang.

De berekeningen van de onderzoekers tonen de efficiëntie van getijdenkrachten aan bij het produceren van dit soort objecten. Mogelijke voorouders, inclusief langperiodieke kometen, puin schijven, en zelfs superaarde, kunnen worden getransformeerd in stukken ter grootte van 'Oumuamua' tijdens stellaire ontmoetingen.

Dit werk ondersteunt schattingen van een grote populatie van 'Oumuamua-achtige interstellaire objecten. Aangezien deze objecten door de domeinen van bewoonbare zones kunnen gaan, de mogelijkheid dat ze materie kunnen vervoeren die leven kan genereren (panspermia genaamd) kan niet worden uitgesloten. "Dit is een heel nieuw veld. Deze interstellaire objecten kunnen cruciale aanwijzingen geven over hoe planetenstelsels zich vormen en evolueren, ' zei Zhang.

Volgens Lin, "'Oumuamua is slechts het topje van de ijsberg. We verwachten dat nog veel meer interstellaire bezoekers met vergelijkbare eigenschappen zullen worden ontdekt door toekomstige observatie met het komende Vera C. Rubin Observatorium."

U.S. Naval Academy-astronoom Matthew Knight, die co-leider is van het 'Oumuamua International Space Science Institute-team en niet betrokken was bij de nieuwe studie, zei dat dit werk "een opmerkelijk werk doet door een verscheidenheid aan ongebruikelijke eigenschappen van 'Oumuamua uit te leggen met een enkele, coherent model."

"Aangezien toekomstige interstellaire objecten de komende jaren worden ontdekt, het zal heel interessant zijn om te zien of er 'Oumuamua-achtige eigenschappen' zijn. Als, het kan erop wijzen dat de processen die in deze studie worden beschreven wijdverbreid zijn, ' zei Ridder.