Физики теоретически проанализировали разрушение объектов из водородного льда на пути от гигантских молекулярных облаков до межзвездной среды и оценили скорость сублимации вещества. Оказалось, что достигать межзвездной среды тела способны лишь начиная с километровых размеров, а формирование водородных объектов в плотных облаках — маловероятно из-за нагрева частиц льда при столкновениях. В частности, эти результаты исключают гипотезу о составе астероида Оумуамуа, особенности которого ранее пытались объяснить высоким содержанием водородного льда. Статья опубликована в The Astrophysical Journal Letters.

Астероид Оумуамуа (1I/ʻOumuamua) — первый в истории наблюдений макроскопический межзвездный объект, посетивший Солнечную систему. Вскоре после его открытия, которое состоялось в октябре 2017 года, астрономы определили форму небесного тела: астероид оказался вытянутым объектом длиной в несколько сотен метров и диаметром в несколько десятков. Помимо этого, на исходящей траектории Оумуамуа приобрел негравитационное ускорение — ему, как и продолговатой форме астероида, ученые еще не нашли однозначного объяснения.

В мае этого года физики предложили одну из возможных интерпретаций необычных свойств Оумуамуа. В соответствии с теоретическими расчетами, в составе небесного тела мог присутствовать лед из молекулярного водорода (H₂): его неравномерная сублимация с поверхности способна придать астероиду наблюдаемое ускорение и одновременно сделать объект вытянутым. Тем не менее исследование не включало в себя рассмотрение механизмов формирования и разрушения подобных тел — авторы ограничились подбором вещества, сублимация которого наилучшим образом описывала бы наблюдаемые характеристики Оумуамуа.

Тим Хуан (Thiem Hoang) из Корейского Института астрономии и космических наук и Авраам Лёб (Abraham Loeb) из Гарвардского университета решили тщательнее проверить гипотезу своих коллег и рассмотрели основные механизмы разрушения объектов из водородного льда в гигантских молекулярных облаках (где, вероятно, должно происходить их формирование) и в межзвездной среде (до которой добрался Оумуамуа, прежде чем был обнаружен внутри Солнечной системы).

Анализируя сублимацию водородного льда, авторы учитывали вклад в этот процесс со стороны естественных тепловых флуктуаций и внешнего электромагнитного излучения (реликтового и звездного), а также нагрев тела, который возникает при его столкновении с частицами внешней среды. На основе типичных характеристик молекулярных облаков и межзвездной среды вблизи Солнечной системы (плотности вещества, интенсивности излучения, равновесной температуры) исследователи вычисляли характерную скорость потери водородного вещества при заданных размере и скорости движения объекта, из чего, в свою очередь, оценивали характерное время разрушения небесного тела.

Эти вычисления физики сравнивали с приблизительным временем, которое объект тратит на путь от гигантского молекулярного облака до звездной системы — последнюю величину исследователи вычислили, разделив расстояние до ближайшего к Земле облака (5,2 килопарсек) на типичную скорость движения межзвездных тел (около 30 километров в секунду). Потребовав, чтобы время разрушения не превосходило время движения астероида (около 160 миллионов лет), авторы получали ограничение на его размеры — недостаточно крупные объекты из водородного льда не успевали бы преодолеть расстояние, которое пролетел Оумуамуа.

В результате ученые установили, что пороговый размер водородного астероида, необходимый для достижения Солнечной системы, составляет порядка 5 километров — на порядок больше наблюдаемой длины Оумуамуа, в то время как тела размером менее двухсот метров и вовсе могут быть разрушены еще до того, как покинут свое молекулярное облако. Для типичного размера Оумуамуа (порядка 300 метров) характерное время разрушения не превышает 10 миллионов лет — в 16 раз меньше, чем оценка времени полета (в случае, если бы астероид действительно состоял из водородного льда и сформировался в ближайшем гигантском молекулярном облаке).

Кроме того, физики проанализировали образование объектов из водородного льда в молекулярных облаках, сравнив типичное время сцепления мелких (размером порядка микрометра) частиц между собой с типичным временем разрушения таких структур под действием ударного нагрева. Оказалось, что в достаточно плотных (с концентрацией водорода более 2×10⁴ см^–3) средах соединение частиц происходит медленнее, чем разрушение структуры. Таким образом, в подобных условиях формирование крупных водородных тел практически исключено — в совокупности с другими результатами это позволяет считать гипотезу о водородном составе Оумуамуа ненадежной и снова делает актуальным вопрос о происхождении свойств астероида.

В недавней новости мы рассказывали о том, как инженер предложил исследовать межзвездные объекты при помощи группировки кубсатов с солнечным парусом, а в материале «Выйти из пузыря» — выясняли, как устроены границы и ближайшие окрестности Солнечной системы.

Николай Мартыненко