巨大分子云的合成圖像。這些充滿塵埃和氣體的恒星孕育地可能也孕育了這個奇怪的天體——“奧陌陌”

圖片來源：NASA和加州理工學(xué)院噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室

我們的太陽就像一艘船，行駛在銀河系的海洋中，隨著宇宙的波濤，大約每兩億三千萬年就會和行星一道環(huán)游銀河系一周。在大多數(shù)情況下，這場旅行都是孤單的，僅偶爾能和另一顆恒星近距離相遇。然而就在幾年前，發(fā)生了一件具有重大意義的事件：我們的太陽可能偶遇了一大塊漂浮在太空中的氫冰山。由于這是一種人類從未觀測到的新型天體，這一場景令人難以置信，但是現(xiàn)有證據(jù)非常令人信服，影響也十分廣泛。

這一理論由芝加哥大學(xué)的Darryl Seligman和耶魯大學(xué)的Gregory Laughlin在發(fā)表于《天文物理學(xué)期刊》（Astrophysical Journal Letters）的論文中首次提出。這位太陽系首位星際訪客——“奧陌陌”被發(fā)現(xiàn)于2017年10月，從那時(shí)起，關(guān)于它是彗星還是小行星就一直存在爭議，但沒有人能夠肯定。Seligman和Laughlin分析了現(xiàn)存的數(shù)據(jù)，認(rèn)為奧陌陌并非兩者之一?！拔覀兺茰y奧陌陌是由氫分子組成的冰，”Seligman說道，“基本上，它就是一座氫冰山。”

天文學(xué)家們第一次發(fā)現(xiàn)奧陌陌時(shí)它已經(jīng)不在離太陽最近的位置上，而在駛出太陽系的路上，這使得觀察存在一些困難，但研究者還是觀察到它的一些特征：長度大約400米，形狀類似雪茄，約每八小時(shí)快速自轉(zhuǎn)一周。由于它穿越太陽系的速度非?？?，無法被太陽引力束縛，因此天文學(xué)家們推斷它誕生于太陽系之外。然而令人驚訝的是，奧陌陌在離開時(shí)具有輕微但顯著的加速，這與預(yù)想中和太陽引力對抗的外星系物體的情況正好相反?！斑@的確十分奇怪，”Seligman說道，“有一種力持續(xù)將其推離太陽，大小約為太陽引力加速度的千分之一。”

有推測認(rèn)為，這種異常加速現(xiàn)象是因?yàn)楸魂柟饧訜岬乃鶉娚涞教罩?，并推動天體前進(jìn)。然而，Laughlin和Seligman認(rèn)為僅僅這種現(xiàn)象并不足以產(chǎn)生如此大的推力，形成所觀察到的加速度。Seligman說：“要產(chǎn)生該加速度，所需被水覆蓋的表面積超過了天體表面積的200%?！睘榱苏业礁侠淼慕忉專芯空邍L試尋找其它能夠產(chǎn)生足夠強(qiáng)大的噴射流、并提供加速度的冰，其中最合適的就是氫冰?！耙?yàn)闅浔姆肿咏Y(jié)合非常松散，因此只需要覆蓋天體表面的6%即可，”Seligman說道。

這個推測也對奧陌陌來自哪里的問題有重要的啟發(fā)意義。氫冰在–267℃升華（從固體變?yōu)闅怏w），該溫度僅僅比宇宙的溫度（–270℃）高一點(diǎn)，因此表面覆蓋氫冰的奧陌陌必然產(chǎn)生于宇宙中極度寒冷的地方，最可能的地點(diǎn)就是巨大的分子云中。分子云是由數(shù)十到數(shù)百光年寬的塵埃和氣體聚集而成，恒星也誕生于這里。

歷經(jīng)數(shù)百萬年，巨大的分子云中大約1%的物質(zhì)會在重力作用下聚集到一起形成恒星，在消散之前，每個分子云都能形成數(shù)千顆恒星以及無數(shù)恒星核。恒星核是不成熟的氣體團(tuán)塊，有太陽系大小，但被擠壓的程度不足以開啟核聚變反應(yīng)，因此無法成為成熟的恒星。恒星核黑暗致密的深處可以變得十分寒冷，創(chuàng)造了形成氫冰的條件。

“要得到如此大量的氫冰必須要在非常非常寒冷的環(huán)境中，離我們不太遠(yuǎn)的最寒冷的地方就是分子云內(nèi)部那些恒星核，它們的中心區(qū)域溫度非常低，因此可能是奧陌陌的發(fā)源地?！?亞利桑那大學(xué)分子云專家Shuo Kong說道，他為Seligman和Laughlin的研究提供建議，但沒有直接參與該研究。

如果推測正確，那么奧陌陌將提供一個前所未有的機(jī)會，讓我們一窺這些恒星形成的“鍋爐”。Laughlin說：“分子云中恒星形成過程如此低效的原因還沒有完全弄清楚，如果氫冰天體也能夠在分子云中形成，那么我們可以推知一些分子云的氣溫非常低，且密度相對較大，這為恒星和行星的形成條件提供了一個有趣的校準(zhǔn)點(diǎn)。”

雖然聽起來有點(diǎn)奇怪，但這個理論似乎可以解釋很多奧陌陌的奇特現(xiàn)象，除了非同尋常的加速，也可以解釋為什么它以26 kms的速度進(jìn)入我們的太陽系——接近太陽相對于其它恒星的平均速度。這是因?yàn)閵W陌陌并沒有向我們移動，相反是我們朝它移動，而它則在恒星核中靜止不動。

奧陌陌奇特的雪茄外形也可以通過該理論得到解釋。不到一億年前，它在形成的初期可能有現(xiàn)在的三倍大，而且是球狀，99%由氫冰組成。這些冰在太陽不斷接近的時(shí)候逐漸被加熱損耗，最終縮小成細(xì)長的形狀，就像一塊肥皂隨著時(shí)間的推移被消耗成細(xì)條狀一樣。

作為一項(xiàng)為期四年的調(diào)查的一部分，奧陌陌的發(fā)現(xiàn)是如此迅速和容易，這一事實(shí)也給理論學(xué)家們提出了一個問題。如果它是一顆星際彗星或小行星——就像2019年發(fā)現(xiàn)的星際彗星Borisov一樣——那么這表明這些天體比我們之前認(rèn)為的要普遍100倍。相比之下，奧陌陌發(fā)源的“分子云”理論和它的快速發(fā)現(xiàn)表明，銀河系中可能有數(shù)十億個這樣的天體。“盡管我們只觀察到一個這樣的天體，但它暗示的數(shù)量密度極高，” 太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所的Amaya Moro-Martín說道，他去年提出了關(guān)于奧陌陌發(fā)源地的一種不同的理論，“這個理論可能能夠解決這個問題?！?/p>

然而，進(jìn)一步驗(yàn)證關(guān)于奧陌陌的理論是不可能的，因?yàn)樗呀?jīng)離開我們的視線很遠(yuǎn)了，但幸運(yùn)的是，天文學(xué)家們遲早會對這些理論做出評估。如果他們再次觀測到相似的星際訪客進(jìn)入太陽系，就可以觀察氫冰升華導(dǎo)致的天體質(zhì)量變化。即將投入使用的天文望遠(yuǎn)鏡，如智利的Vera C. Rubin天文臺，將于2022年開始對太陽系進(jìn)行為期十年的觀測，可能會發(fā)現(xiàn)更多線索。

也有人提議繼續(xù)在進(jìn)行遠(yuǎn)程觀測的同時(shí)，通過歐洲的彗星攔截器(Comet Interceptor)等任務(wù)訪問其中一些天體。對該理論進(jìn)行新一輪的科學(xué)研究非常具有吸引力。行駛在宇宙的海洋中，這些在恒星核深處形成的氫冰山可能帶著它們的秘密在靜靜等待著我們，“它們的數(shù)量如此之多，因此我們將有機(jī)會近距離研究它們?！盨eligman說道。

撰文：Jonathan O'Callaghan ，自由撰稿記者，報(bào)道商業(yè)太空飛行、太空探索、天體物理學(xué)等廣泛的科學(xué)領(lǐng)域。

翻譯：謝宛岑

審校：馬一瑗

引進(jìn)來源：科學(xué)美國人

引進(jìn)鏈接：https://www.scientificamerican.com/article/a-hydrogen-iceberg-from-a-failed-star-might-have-passed-through-our-solar-System/


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