Śledząc międzygwiezdny obiekt ‘Oumuamua do jego domu

Zespół astronomów kierowany przez Coryna Bailer-Jonesa z Instytutu Astronomii Maxa Plancka wykonał śledzenie wstecz międzygwiezdnego obiektu ‘Oumuamua do kilku gwiazd, które potencjalnie mogą być gwiazdami macierzystymi. Obiekt został odkryty pod koniec 2017 r. To wtedy astronomowie mogli po raz pierwszy obserwować obiekt odwiedzający Układ Słoneczny, który pochodzi z innego układu gwiazdowego. Bailer-Jones i jego koledzy wykorzystali dane z satelity Gaia, aby znaleźć cztery prawdopodobne gwiazdy, od których ‘Oumuamua mogła rozpocząć swoją długą podróż ponad milion lat temu.

Odkrycie obiektu międzygwiezdnego, znanego obecnie jako ‘Oumuamua, w październiku 2017 r. było premierą: po raz pierwszy astronomowie mogli gościć obiekt międzygwiezdny odwiedzający Układ Słoneczny. Niestety, odwiedzający został uchwycony dopiero przy wyjeździe, ale astronomowie nadal mogli używać teleskopów naziemnych i kosmicznych do pomiaru ruchu obiektu.

Teraz astronomowie zdołali odtworzyć ruch ‘Oumuamua wstecz i zdefiniować cztery gwiazdy kandydatki na to, od której pochodzi ten międzygwiezdny obiekt. W przeszłości już próbowano tego dokonać, ale nie znaleziono odpowiednich kandydatów.  

We wcześniejszych badaniach brakowało kluczowego składnika: w czerwcu 2018 r. grupa kierowana przez astronoma z ESA Marco Micheli wykazała, że orbita ‘Oumuamua w Układzie Słonecznym nie jest taka, jak obiektu swobodnie spadającego, czyli poruszającego się wyłącznie pod wpływem grawitacji. Zamiast tego nastąpiło dodatkowe przyspieszenie, gdy obiekt znajdował się blisko Słońca. Prawdopodobne wytłumaczenie jest takie, że ‘Oumuamua wykazuje pewne podobieństwo do komety – z lodem, który, gdy jest dostatecznie rozgrzany przez Słońce, wytwarza gaz, co powoduje przyspieszenie obiektu źródłowego niczym niezwykle słaby silnik rakietowy. Chociaż słabe – nie było widoczne na obrazach, jak ma to miejsce w przypadku komet bliskich Słońcu – jest zbyt duże, by można je było pominąć podczas śledzenia wstecz orbity.

Nowe badanie przeprowadzone przez Bailer-Jonesa i jego kolegów bierze pod uwagę to, jak orbita ‘Oumuamua uległa zmianie, kiedy przeszła blisko Słońca, co pozwala astronomom dokładnie oszacować kierunek, z którego obiekt przybył, a także prędkość, z jaką wszedł do Układu Słonecznego.

Co jednak z gwiazdami mijanymi przez ‘Oumuamua po drodze do Układu Słonecznego wraz z ich połączoną grawitacją, która wpłynęła na trajektorię obiektu? W tej części rekonstrukcji Bailer-Jones wykorzystał skarbnicę danych, którą misja Gaia opublikowała w kwietniu – Gaia’s Data Release 2 (DR2). Jako lider jednej z grup odpowiedzialnych za przygotowanie danych Gaia do użytku przez społeczność naukową, Bailer-Jones bardzo dobrze zna ten konkretny zestaw danych. W szczególności DR2 zawiera dokładne informacje na temat pozycji, ruchu na niebie i paralaksy dla 1,3 mld gwiazd. Dla siedmiu milionów z nich znana jest również informacja o prędkości radialnej gwiazdy, czyli jej ruchu w kierunku bezpośrednio do nas lub od nas. Korzystając z astronomicznej bazy danych Simbad, astronomowie uwzględnili kolejne 220 000 gwiazd w swoich badaniach, dla których prędkość radialna jest dostępna tylko z bazy Simbad.

Następnie astronomowie spojrzeli na przybliżoną drogę wstecz: uproszczony scenariusz, w którym zarówno ‘Oumuamua, jak i wszystkie gwiazdy poruszają się po liniach prostych ze stałą prędkością. Z tego scenariusza wybrali około 4500 gwiazd, które były obiecującymi kandydatami do bliższego spotkania z ‘Oumuamua. Potem nastąpił kolejny krok: śledzenie przeszłych ruchów tych kandydatów i ‘Oumuamua, używając wygładzonej wersji grawitacyjnego wpływu całej materii w naszej macierzystej galaktyce.

Różne badania sugerowały już, że ‘Oumuamua została wyrzucona z układu planetarnego gwiazdy macierzystej podczas fazy formowania się planet, kiedy unosiło się wiele małych obiektów (planetozymali), oddziałujących z planetami olbrzymami w tym układzie. Gwiazda macierzysta obiektu ma prawdopodobnie dwie kluczowe właściwości: śledzenie wstecz orbity ‘Oumuamua prowadzi bezpośrednio z powrotem do, lub przynajmniej bardzo blisko, tej gwiazdy, a ponadto prędkość względna ‘Oumuamua i jej gwiazdy macierzystej powinna być stosunkowo powolna – obiekty zazwyczaj nie są wyrzucane ze swoich macierzystych układów z dużymi prędkościami.

Bailer-Jones i jego koledzy znaleźli cztery gwiazdy, które są potencjalnymi kandydatami na rodzimy świat ‘Oumuamua. Wszystkie cztery są karłami. Najbardziej zbliżonym do ‘Oumuamua jest czerwony karzeł HIP 3757, z którym obiekt spotkał się około milion lat temu. Biorąc pod uwagę przypadkowości, które nie zostały uwzględnione w tej rekonstrukcji, znajduje się wystarczająco blisko, by ‘Oumuamua mogła pochodzić z jego układu planetarnego (jeżeli gwiazda takowy posiada). Jednak stosunkowo duża prędkość względna (ok. 25 km/s) sprawia, że jest mniej prawdopodobne, by był to dom Oumuamua.

Kolejny kandydat, HD 292249 jest podobny do naszego Słońca, był znacznie mniej zbliżony do trajektorii obiektu 3,8 mln lat temu, ale posiada mniejszą prędkość względną – 10 km/s. Dwóch dodatkowych kandydatów spotkało się z ‘Oumuamua odpowiednio 1,1 oraz 6,3 mln lat temu, przy średnich prędkościach i odległościach. Gwiazdy te zostały wcześniej skatalogowane przez inne przeglądy, ale niewiele o nich wiadomo.

Aby wyrzucić ‘Oumuamua z obserwowanymi prędkościami, macierzysty układ musiałby posiadać planetę, która mogłaby wystrzelić ‘Oumuamua w głąb przestrzeni kosmicznej. Jak dotąd żadna taka planeta nie została wykryta wokół tych gwiazd – ale ponieważ żadna z gwiazd nie została zbadana pod kątem posiadania planet, może się to zmienić w przyszłości.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
Tracking the interstellar object ‘Oumuamua to its home

Publikacja naukowa: Plausible home stars of the interstellar object ‘Oumuamua found in Gaia DR2

Źródło: MPIA

Na zdjęciu: Wizja artystyczna międzygwiezdnego obiektu 'Oumuamua. Źródło: ESO/M. Kornmesser