Сублімація заборонила об'єктам типу Оумуамуа складатися з водневого льоду

Фізики теоретично проаналізували руйнування об'єктів з водневого льоду на шляху від гігантських молекулярних хмар до міжзоряного середовища і оцінили швидкість сублімації речовини. Виявилося, що досягати міжзоряного середовища тіла здатні лише починаючи з кілометрових розмірів, а формування водневих об'єктів у щільних хмарах - малоймовірно через нагрів частинок льоду при зіткненнях. Зокрема, ці результати виключають гіпотезу про склад астероїда Оумуамуа, особливості якого раніше намагалися пояснити високим вмістом водневого льоду. Стаття опублікована в.

Астероїд Оумуамуа (1I/^ Oumuamua) - перший в історії спостережень макроскопічний міжзоряний об'єкт, який відвідав Сонячну систему. Незабаром після його відкриття, яке відбулося в жовтні 2017 року, астрономи визначили форму небесного тіла: астероїд виявився витягнутим об'єктом довжиною в кілька сотень метрів і діаметром в кілька десятків. Крім цього, на вихідній траєкторії Оумуамуа придбав негравітаційне прискорення - йому, як і продовженій формі астероїда, вчені ще не знайшли однозначного пояснення.

У травні цього року фізики запропонували одну з можливих інтерпретацій незвичайних властивостей Оумуамуа. Відповідно до теоретичних розрахунків, у складі небесного тіла міг бути присутній лід з молекулярного водню (H₂): його нерівномірна сублімація з поверхні здатна надати астероїду спостережуване прискорення і одночасно зробити об'єкт витягнутим. Проте дослідження не включало в себе розгляд механізмів формування і руйнування подібних тіл - автори обмежилися підбором речовини, сублімація якої найкращим чином описувала б спостережувані характеристики Оумуамуа.

Тім Хуан (Thiem Hoang) з Корейського Інституту астрономії і космічних наук і Авраам Льоб (Abraham Loeb) з Гарвардського університету вирішили ретельніше перевірити гіпотезу своїх колег і розглянули основні механізми руйнування об'єктів з водневого льоду в гігантських молекулярних хмарах (де, ймовірно, має відбуватися їх формування) і в міжзірковому середовищі (до гігантських молекулярних хмарах).

Аналізуючи сублімацію водневого льоду, автори враховували внесок у цей процес з боку природних теплових флуктуацій і зовнішнього електромагнітного випромінювання (реліктового і зоряного), а також нагрів тіла, який виникає при його зіткненні з частинками зовнішнього середовища. На основі типових характеристик молекулярних хмар і міжзоряного середовища поблизу Сонячної системи (щільності речовини, інтенсивності випромінювання, рівноважної температури) дослідники вираховували характерну швидкість втрати водневої речовини при заданих розмірі і швидкості руху об'єкта, з чого, в свою чергу, оцінювали характерний час руйнування небесного тіла.

Ці обчислення фізики порівнювали з приблизним часом, який об'єкт витрачає на шлях від гігантської молекулярної хмари до зоряної системи - останню величину дослідники вирахували, розділивши відстань до найближчої до Землі хмари (5,2 кілопарсек) на типову швидкість руху міжзоряних тіл (близько 30 кілометрів на секунду). Зажадавши, щоб час руйнування не перевершував час руху астероїда (близько 160 мільйонів років), автори отримували обмеження на його розміри - недостатньо великі об'єкти з водневого льоду не встигали б подолати відстань, яку пролетів Оумуамуа.

У результаті вчені встановили, що пороговий розмір водневого астероїда, необхідний для досягнення Сонячної системи, становить близько 5 кілометрів - на порядок більше спостережуваної довжини Оумуамуа, в той час як тіла розміром менше двохсот метрів і зовсім можуть бути зруйновані ще до того, як покинуть свою молекулярну хмару. Для типового розміру Оумуамуа (близько 300 метрів) характерний час руйнування не перевищує 10 мільйонів років - у 16 разів менше, ніж оцінка часу польоту (у разі, якщо б астероїд дійсно складався з водневого льоду і сформувався в найближчій гігантській молекулярній хмарі).

Крім того, фізики проаналізували утворення об'єктів з водневого льоду в молекулярних хмарах, порівнявши типовий час зчеплення дрібних (розміром порядку мікрометра) частинок між собою з типовим часом руйнування таких структур під дією ударного нагріву. Виявилося, що в досить щільних (з концентрацією водню більш 2 ст.1 ¹04 ^см-3) середовищах з'єднання частинок відбувається повільніше, ніж руйнування структури. Таким чином, в подібних умовах формування великих водневих тіл практично виключено - в сукупності з іншими результатами це дозволяє вважати гіпотезу про водневий склад Оумуамуа ненадійною і знову робить актуальним питання про походження властивостей астероїда.

У недавній новині ми розповідали про те, як інженер запропонував досліджувати міжзоряні об'єкти за допомогою угруповання кубсатів із сонячним вітрилом, а в матеріалі «Вийти з бульбашки» - з'ясовували, як влаштовані кордони і найближчі околиці Сонячної системи.