星际天体“奥陌陌”是氮冰山吗?

如果真是这样(正如最近提出的那样),那么很可能有更多这样的冰山在星系之间移动

艺术家描绘的“奥陌陌”接近太阳的景象。

奥尔特云是荷兰天文学家扬·奥尔特在1950年提出的概念,它定义了太阳系的边缘——延伸到地球-太阳距离的10万倍之外。它包含数十亿个比曼哈顿岛还大的冰岩,这些冰岩是太阳系行星建造过程中遗留下来的“砖块”。当奥尔特云中的天体轨道接近太阳时,其冰在阳光的加热下蒸发,从而呈现出长周期彗星的形态。一颗大型长周期彗星可能在6600万年前解体,产生了杀死恐龙的希克苏鲁伯撞击体

奥尔特云的外边界延伸到距离最近的恒星系统半人马座α星一半的距离。因此,如果其他恒星像太阳一样拥有奥尔特云,那么这些星云就会像密密麻麻的台球一样相互接触。

由于最远的岩石与母星的束缚较弱,它们很容易被经过的恒星的引力扰动驱逐到星际空间。这些物体会继承其母星相对于局部静止标准(LSR)的运动,因为它们最初围绕恒星的轨道速度很小。因此,发现第一个被发现的星际天体“奥陌陌”几乎在LSR中处于静止状态,令人惊讶,因为只有五百分之一的恒星在那里是静止的。


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尽管早期尝试将“奥陌陌”与特定的起源恒星联系起来,但对于星际天体而言,这样做是不切实际的,因为天空中任何方向上的视线都会拦截到充满银河系的众多奥尔特云。2017年发现“奥陌陌”的另一个意外是,从奥尔特云类似物中丢失的星际岩石的预期丰度比解释推断出的“奥陌陌”类天体数量所需的值小几个数量级。孕育“奥陌陌”类天体的“托儿所”必定与我们所知的太阳系不同。

最近,艾伦·杰克逊(Alan Jackson)和史蒂文·德什(Steven Desch)提出,“奥陌陌”可能是一座氮冰山。这是一种罕见的奇特现象,在我们自己的奥尔特云中众多的天体中从未见过。如果检测到的第一个星际天体是由纯氮构成,那将意味着这种氮冰山很常见。一般来说,氮是通过恒星内部的碳氮氧(CNO)循环与碳一起产生的。斯皮策太空望远镜“奥陌陌”附近碳基分子的存在设置了严格的限制,加强了对彗尾反射阳光的视觉迹象缺失的约束。为了解释“奥陌陌”偏离太阳引力塑造的轨道的偏差,根据动量守恒,它质量的约十分之一必须蒸发。任何氮的蒸发都会改变“奥陌陌”的翻滚周期并导致抖动,远远超出观测到的限制。此外,氮冰山会继承其诞生恒星的运动,这与起源于局部静止标准的“奥陌陌”不同。

奥尔特云的遥远区域并没有受到星际粒子的轰击。保护性太阳风的密度与距离的平方成反比下降,太阳风在约100倍地球-太阳距离的星际介质处停止。这个停止边界称为太阳风层顶,仍然比奥尔特云的范围小约1000倍。在最近的一篇论文中,我与梅拉夫·奥菲尔(Merav Opher)、詹姆斯·德雷克(James Drake)和加博尔·托特(Gabor Toth)共同撰写,我们表明太阳风层顶的形状像一个近乎圆形、蓬松的新月形面包。在它之外,奥尔特云天体暴露在与星际天体相同的环境中,无法保护其表面免受高能宇宙射线、尘埃或星际气体粒子的撞击造成的损害。

奥尔特云的外层是如何形成的?在我与我的学生阿米尔·西拉杰(Amir Siraj)最近的一篇论文中,提出了一个可能性,该论文表明太阳在其诞生星团中的临时双星伴星可能会从星团环境中捕获观测到的外奥尔特云天体。这个过程也可以解释遥远行星(如假设的第九行星)的可能存在。

但一个更令人震惊的认识是,奥尔特云体积内的大多数天体可能并不受太阳束缚。在与阿米尔合著的另一篇论文中,我们表明,最近发现的星际彗星2I/鲍里索夫很可能起源于另一颗恒星周围的奥尔特云,这意味着星际天体的数量可能超过我们自身奥尔特云内的太阳系天体。换句话说,与太阳结合的奥尔特云天体正在来来往往的背景星际天体的海洋中游动。此外,对2I/鲍里索夫的发现意味着银河系中约有百分之一的碳和氧可能被锁定在星际天体中。

星际天体的范围从尘埃粒子到行星大小。宇宙尘埃在星际空间中存在已超过一个世纪,补充了太阳系尘埃——从其反射的阳光中得知,它被观测为黄道光。自由漂浮的行星最近被光学引力透镜实验(OGLE)所发现,该实验通过它们对背景恒星亮度的引力透镜效应的印记发现多个这样的行星

总而言之,银河系似乎充满了天体,有些与它们的母星结合,但大多数在星际空间中漂浮。研究在我们太阳系后院穿行的自由漂浮物,使我们不必访问它们的诞生地点,这需要很长的旅程。用我们现有的化学火箭,到达银河系中心大约需要地球年龄的十分之一。

最有趣的是,新发现的星际天体群使我们能够在到达太阳系海岸的所有岩石中搜索“瓶子”。这些瓶子可能带有来自其他文明的重要信息。引用伊曼努尔·康德在他的著作《纯粹理性批判》中的话:“如果有可能通过任何经验来确定我们所看到的行星中是否至少有一些存在居民,我可能会把我所有的一切都押在上面。因此我说,这不仅仅是一种观点,而是一种坚定的信念(对于这种信念的正确性,我愿意用生活中许多好处来打赌),即其他世界也存在居民。”

Avi Loeb is the head of the Galileo Project, director of the Institute for Theory and Computation at the Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, founding director of Harvard University’s Black Hole Initiative, and the former chair of the Harvard astronomy department (2011-2020). He is a former member of the President’s Council of Advisors on Science and Technology and a former chair of the Board on Physics and Astronomy of the National Academies. He has published more than a thousand peer-reviewed papers and is the bestselling author of Extraterrestrial and Interstellar and a co-author of the textbooks Life in the Cosmos and The First Galaxies in the Universe.

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