Загадка Оумуамуа решена — необычному поведению кометы нашлось объяснение

В 2017 году загадочная комета под названием Oumuamua (Оумуамуа, в переводе с гавайского ʻ— "разведчик" или "посланник издалека") взбудоражила воображение ученых и общественности. Это был первый известный гость из-за пределов нашей Солнечной системы, у него не было яркой "короны" или пылевого хвоста, как у большинства комет, а своеобразная форма — что-то среднее между сигарой и блином — и его небольшой размер больше подходил астероиду, чем комете.

Но тот факт, что он удалялся от Солнца с такой скоростью, которую астрономы не могли объяснить, озадачил ученых, что заставило некоторых предположить, что это был инопланетный космический корабль.

Теперь астрохимик из Калифорнийского университета в Беркли и астроном из Корнельского университета утверждают, что загадочные отклонения кометы от гиперболического пути вокруг Солнца можно объяснить простым физическим механизмом, который, вероятно, является общим для многих ледяных комет: выделение водорода при нагревании на Солнце.

Что отличало Оумуамуа от любой другой хорошо изученной кометы в нашей Солнечной системе, так это ее размер: она была настолько мала, что ее гравитационное отклонение вокруг Солнца было слегка изменено крошечным толчком, вызванным выбросом газообразного водорода изо льда.

Большинство комет, по сути, представляют собой грязные снежки, которые периодически приближаются к Солнцу из дальних пределов нашей Солнечной системы. Подогреваясь солнечным светом, комета выбрасывает воду и другие молекулы, образуя вокруг себя яркое гало и часто хвосты из газа и пыли. Выброшенные газы действуют как двигатели космического корабля, придавая комете крошечный толчок, который немного меняет ее траекторию по сравнению с эллиптическими орбитами, типичными для других объектов Солнечной системы, таких как астероиды и планеты.

Источник: NASA, ESA, STScI, STScI.

Художественное изображение межзвездной кометы Оумуамуа, когда она нагревалась при приближении к Солнцу и выделяла водород (белый туман), который немного изменил ее орбиту.

Сам этот механизм не нов. Экспериментальные исследования, опубликованные в 1970-х, 80-х и 90-х годах, продемонстрировали, что, когда лед сталкивается с высокоэнергетическими частицами, похожими на космические лучи, в изобилии образуется молекулярный водород (H2), который задерживается во льду. На самом деле космические лучи могут проникать в толщу льда на десятки метров, превращая четверть или более воды в газообразный водород.

Но астрономы не смогли обнаружить ни гало, ни выделившихся молекул, ни пыли вокруг Оумуамуа. Кроме того, расчеты показали, что солнечной энергии, падающей на комету, будет недостаточно для сублимации воды или органических соединений с ее поверхности, чтобы придать ей наблюдаемый негравитационный толчок. Только сверхлетучие газы, такие как H2, N2 или монооксид углерода (CO), могут обеспечить достаточное ускорение, чтобы соответствовать наблюдениям, учитывая поступающую солнечную энергию.

Это привело к большому количеству предположений о том, какие летучие молекулы могли быть в комете, чтобы вызвать ускорение. При правильных условиях комета, состоящая из твердого азота или твердого монооксида углерода, также выделяла бы газ с достаточной силой, чтобы повлиять на орбиту кометы. Но астрономам пришлось потрудиться, чтобы объяснить, какие условия могли привести к образованию твердых тел из водорода или азота, которых раньше никогда не наблюдалось. И как твердое тело H2 могло существовать в межзвездном пространстве в течение примерно 100 миллионов лет?

Как оказалось — ответ уже был у ученых, они просто кое-что не учли. Авторы новой работы просмотрели множество экспериментов, демонстрирующих, что высокоэнергетические электроны, протоны и более тяжелые атомы могут превращать водяной лед в молекулярный водород и что пушистая структура кометы, напоминающая снежный ком, может улавливать газ в виде пузырьков внутри льда. Эксперименты показали, что при нагревании, например, под воздействием солнечного тепла, лед отжигает — из аморфной структуры переходит в кристаллическую — и вытесняет пузырьки наружу, выделяя газообразный водород. Лед на поверхности кометы, как подсчитали авторы, может испускать достаточно газа либо в виде коллимированного луча, либо в виде веерных брызг, чтобы повлиять на орбиту небольшой кометы, такой как Оумуамуа.