星際小行星飛掠 預示銀河系中還有千兆萬億顆

首個來自另一個恆星系統的天體飛掠報告表明,星際碎片浩如煙海,並且銀河系中每顆恆星周圍都有一顆類似海王星的行星

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泛星計劃位於茂宜島哈雷阿卡拉山 10,000 英尺的山頂,其任務是尋找可能威脅我們星球的小行星。它的相機每晚對七分之一的天空進行成像,在蒼穹中搜尋任何移動或變化跡象。10 月 19 日,該專案的計算機在之前晚上拍攝的影像中檢測到一個快速移動的物體。警報發出後,其他望遠鏡也加入了追逐。幾天之內,情況變得明朗起來,一個來自星際空間的類小行星訪客已經滲透到我們的太陽系,我們正在目睹有史以來首次來自另一個恆星系統的天體飛掠

凱倫·米奇(夏威夷大學)和 17 位合作者在 11 月 20 日發表於《自然》雜誌 的一篇論文中回顧並補充了在這次非凡的遭遇中積累的越來越多的觀測結果。該天體現在被正式命名為 1I/2017 U1(也以夏威夷語“奧陌陌”或來自遙遠過去的信使而聞名),其起源無疑是太陽系外的,性質也令人興奮地奇異。它來自太陽頂點(太陽系繞銀河系軌道執行時所朝向的天空中的點)的方向,以每秒 26 公里的初始速度衝向太陽,並在 9 月 9 日最接近水星軌道內部的時刻加速到每秒 88 公里。當最終被泛星計劃的相機捕捉到時,它已經掠過太陽,並在向外方向穿過地球軌道。太陽逐漸減弱的引力影響現在正引導它朝向飛馬座方向離開我們的太陽系。

正如《自然》雜誌文章報道的那樣,米奇和她的團隊召集了世界上最強大的望遠鏡(包括雙子座南望遠鏡、甚大望遠鏡和凱克望遠鏡),在 10 月最後一週的幾個晚上監測“奧陌陌”的亮度和光譜。光譜觀測指向一種非常紅的顏色,大致與彗星和其他外太陽系天體的色調一致。推論是——像彗星一樣——“奧陌陌”的表面覆蓋著富含碳的物質,可能不太擅長反射光。光變曲線簡直令人震驚。它們強烈表明“奧陌陌”是一個瘋狂拉長的碎片,每 7 小時 20 分鐘旋轉一次。這種旋轉速度會導致引力微弱的碎石堆飛散;“奧陌陌”必須是一個堅固的整體,像岩石一樣靠其物理強度結合在一起。如果假設它反射的光的比例與地球月球反射的光的比例相同,那麼它在尺寸和形狀上都非常類似於最大的航空母艦。


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一個多世紀以來,天文學家一直在推測星際彗星可能抵達我們的太陽系。因此,令人驚訝的是,“奧陌陌”沒有顯示出彗發的任何跡象。在其最接近太陽的點,它每平方米吸收 20 千瓦的能量,並且在太陽直射頭頂的位置,其最外層的皮膚正在快速升溫。然而,實際上沒有任何物質像噴泉一樣噴出,這表明到達的是小行星而不是彗星。

“奧陌陌”的發現這一事實表明,必定有數量驚人的類似物體在虛空中漂流。包括近距離接近的方向和距離在內的幾個因素,使得泛星計劃能夠做出這一發現。大多數與“奧陌陌”大小相似的星際物體,如果像“奧陌陌”一樣接近太陽,都將逃脫泛星計劃的監視。在考慮了各種觀測偏差後,米奇和合作者計算出,始終有一個類似“奧陌陌”的物體在地球軌道定義的球體範圍內經過,這個值與過去兩週其他小組 發表的 估計值相當吻合。

鑑於其軌跡,“奧陌陌”最近不太可能從附近恆星的行星系統中噴射出來。幾乎可以肯定的是,它已經在我們的銀河系中旅行了數億年甚至數十億年,因此如果我們假設它的經過不是僥倖,我們可以計算出銀河系包含千兆萬億個這樣的物體 (1027),足以解釋銀河系中每顆恆星擁有兩個地球質量的物質。

這片浩瀚的星際碎片海洋具有一些深刻的含義,因為從新形成的行星系統中噴射出碎片並非易事。將像“奧陌陌”這樣的物體從其母星中解放出來,需要一顆具有相當大的質量又位於相當大的徑向距離的行星的引力輔助。在我們的太陽系中,所有四顆巨行星(尤其是木星和海王星)都能夠將小天體拋入星際空間。然而,類地行星遠遠不足,絕大多數已知的太陽系外行星也是如此。如果類“奧陌陌”物體數量眾多,並且如果它們是由冰冷的外系統物質組成,那麼銀河系中幾乎每顆恆星都必須在類似海王星的距離處擁有一顆類似海王星的行星。

另一方面,在極不可能的情況下,“奧陌陌”確實是一塊耐火岩石或金屬板,正如其完全沒有彗發所暗示的那樣,那麼它的出現就極其難以理解。只有百分之幾的恆星擁有能夠從引力阱深處的溫暖區域噴射出無揮發性碎片的行星。它們根本無法產生“奧陌陌”最近的經過所暗示的巨大整體群,這表明類似物體的另一次訪問將在很長一段時間內不會發生。

當“奧陌陌”離開進入銀河系深處時,預計它將飛行大約 10 千萬億年,然後才會以如此近的距離訪問另一顆恆星。在遙遠的未來,銀河系將是一個截然不同的地方,屆時所有現在溫暖地照耀行星的恆星都將變成過期的白矮星,質子衰變的光芒將它們加熱到略高於絕對零度幾度。

參考文獻:

Jewitt 等人 (2017) “星際入侵者 1I/2017 U1:來自 NOT 和 WIYN 望遠鏡的觀測” https://arxiv.org/pdf/1711.05687.pdf

Laughlin, G. & Batygin, K. (2017) “探測到星際小行星的後果” https://arxiv.org/abs/1711.02260

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