巨大分子云的合成图像。这些充满尘埃和气体的恒星孕育地可能也孕育了这个奇怪的天体——“奥陌陌”

图片来源：NASA和加州理工学院喷气推进实验室

我们的太阳就像一艘船，行驶在银河系的海洋中，随着宇宙的波涛，大约每两亿三千万年就会和行星一道环游银河系一周。在大多数情况下，这场旅行都是孤单的，仅偶尔能和另一颗恒星近距离相遇。然而就在几年前，发生了一件具有重大意义的事件：我们的太阳可能偶遇了一大块漂浮在太空中的氢冰山。由于这是一种人类从未观测到的新型天体，这一场景令人难以置信，但是现有证据非常令人信服，影响也十分广泛。

这一理论由芝加哥大学的Darryl Seligman和耶鲁大学的Gregory Laughlin在发表于《天文物理学期刊》（Astrophysical Journal Letters）的论文中首次提出。这位太阳系首位星际访客——“奥陌陌”被发现于2017年10月，从那时起，关于它是彗星还是小行星就一直存在争议，但没有人能够肯定。Seligman和Laughlin分析了现存的数据，认为奥陌陌并非两者之一。“我们推测奥陌陌是由氢分子组成的冰，”Seligman说道，“基本上，它就是一座氢冰山。”

天文学家们第一次发现奥陌陌时它已经不在离太阳最近的位置上，而在驶出太阳系的路上，这使得观察存在一些困难，但研究者还是观察到它的一些特征：长度大约400米，形状类似雪茄，约每八小时快速自转一周。由于它穿越太阳系的速度非常快，无法被太阳引力束缚，因此天文学家们推断它诞生于太阳系之外。然而令人惊讶的是，奥陌陌在离开时具有轻微但显著的加速，这与预想中和太阳引力对抗的外星系物体的情况正好相反。“这的确十分奇怪，”Seligman说道，“有一种力持续将其推离太阳，大小约为太阳引力加速度的千分之一。”

有推测认为，这种异常加速现象是因为被阳光加热的水冰喷射到太空中，并推动天体前进。然而，Laughlin和Seligman认为仅仅这种现象并不足以产生如此大的推力，形成所观察到的加速度。Seligman说：“要产生该加速度，所需被水覆盖的表面积超过了天体表面积的200%。”为了找到更合理的解释，研究者尝试寻找其它能够产生足够强大的喷射流、并提供加速度的冰，其中最合适的就是氢冰。“因为氢冰的分子结合非常松散，因此只需要覆盖天体表面的6%即可，”Seligman说道。

这个推测也对奥陌陌来自哪里的问题有重要的启发意义。氢冰在–267℃升华（从固体变为气体），该温度仅仅比宇宙的温度（–270℃）高一点，因此表面覆盖氢冰的奥陌陌必然产生于宇宙中极度寒冷的地方，最可能的地点就是巨大的分子云中。分子云是由数十到数百光年宽的尘埃和气体聚集而成，恒星也诞生于这里。

历经数百万年，巨大的分子云中大约1%的物质会在重力作用下聚集到一起形成恒星，在消散之前，每个分子云都能形成数千颗恒星以及无数恒星核。恒星核是不成熟的气体团块，有太阳系大小，但被挤压的程度不足以开启核聚变反应，因此无法成为成熟的恒星。恒星核黑暗致密的深处可以变得十分寒冷，创造了形成氢冰的条件。

“要得到如此大量的氢冰必须要在非常非常寒冷的环境中，离我们不太远的最寒冷的地方就是分子云内部那些恒星核，它们的中心区域温度非常低，因此可能是奥陌陌的发源地。” 亚利桑那大学分子云专家Shuo Kong说道，他为Seligman和Laughlin的研究提供建议，但没有直接参与该研究。

如果推测正确，那么奥陌陌将提供一个前所未有的机会，让我们一窥这些恒星形成的“锅炉”。Laughlin说：“分子云中恒星形成过程如此低效的原因还没有完全弄清楚，如果氢冰天体也能够在分子云中形成，那么我们可以推知一些分子云的气温非常低，且密度相对较大，这为恒星和行星的形成条件提供了一个有趣的校准点。”

虽然听起来有点奇怪，但这个理论似乎可以解释很多奥陌陌的奇特现象，除了非同寻常的加速，也可以解释为什么它以26 kms的速度进入我们的太阳系——接近太阳相对于其它恒星的平均速度。这是因为奥陌陌并没有向我们移动，相反是我们朝它移动，而它则在恒星核中静止不动。

奥陌陌奇特的雪茄外形也可以通过该理论得到解释。不到一亿年前，它在形成的初期可能有现在的三倍大，而且是球状，99%由氢冰组成。这些冰在太阳不断接近的时候逐渐被加热损耗，最终缩小成细长的形状，就像一块肥皂随着时间的推移被消耗成细条状一样。

作为一项为期四年的调查的一部分，奥陌陌的发现是如此迅速和容易，这一事实也给理论学家们提出了一个问题。如果它是一颗星际彗星或小行星——就像2019年发现的星际彗星Borisov一样——那么这表明这些天体比我们之前认为的要普遍100倍。相比之下，奥陌陌发源的“分子云”理论和它的快速发现表明，银河系中可能有数十亿个这样的天体。“尽管我们只观察到一个这样的天体，但它暗示的数量密度极高，” 太空望远镜科学研究所的Amaya Moro-Martín说道，他去年提出了关于奥陌陌发源地的一种不同的理论，“这个理论可能能够解决这个问题。”

然而，进一步验证关于奥陌陌的理论是不可能的，因为它已经离开我们的视线很远了，但幸运的是，天文学家们迟早会对这些理论做出评估。如果他们再次观测到相似的星际访客进入太阳系，就可以观察氢冰升华导致的天体质量变化。即将投入使用的天文望远镜，如智利的Vera C. Rubin天文台，将于2022年开始对太阳系进行为期十年的观测，可能会发现更多线索。

也有人提议继续在进行远程观测的同时，通过欧洲的彗星拦截器(Comet Interceptor)等任务访问其中一些天体。对该理论进行新一轮的科学研究非常具有吸引力。行驶在宇宙的海洋中，这些在恒星核深处形成的氢冰山可能带着它们的秘密在静静等待着我们，“它们的数量如此之多，因此我们将有机会近距离研究它们。”Seligman说道。

撰文：Jonathan O'Callaghan ，自由撰稿记者，报道商业太空飞行、太空探索、天体物理学等广泛的科学领域。

翻译：谢宛岑

审校：马一瑗

引进来源：科学美国人

引进链接：https://www.scientificamerican.com/article/a-hydrogen-iceberg-from-a-failed-star-might-have-passed-through-our-solar-System/


关注【深圳科普】微信公众号，在对话框：
回复【最新活动】，了解近期科普活动
回复【科普行】，了解最新深圳科普行活动
回复【研学营】，了解最新科普研学营
回复【科普课堂】，了解最新科普课堂
回复【科普书籍】，了解最新科普书籍
回复【团体定制】，了解最新团体定制活动
回复【科普基地】，了解深圳科普基地详情
回复【观鸟知识】，学习观鸟相关科普知识
回复【博物学院】，了解更多博物学院活动详情