Astronomiczny Obiekt Miesiąca OAUJ: Czerwiec 2018

Archiwum następny >

Najdokładniejsze pomiary międzygwiazdowej planetoidy ‘Oumuamua ujawniają jej burzliwą przeszłość i weryfikują wcześniejsze doniesienia

‘Oumuamua to pierwsze znane nauce ciało kosmiczne, które dotarło do Układu Słonecznego z przestrzeni międzygwiazdowej, gdzie trafiło wyrzucone ze swojego macierzystego układu planetarnego. Wykorzystując ogromny Teleskop Gemini North na Hawajach zespół naukowców pod kierunkiem astronomów z Uniwersytetu Jagiellońskiego przeprowadził najdokładniejsze badania obiektu, które ujawniły m.in. jego „koziołkowanie” wskazujące na kolizję w odległej przeszłości oraz pozwoliły zweryfikować i uściślić szereg wcześniejszych doniesień. Wyniki badań ukazały się w najnowszym numerze miesięcznika Nature Astronomy.

‘Oumuamua oznacza w języku rdzennych mieszkańców Hawajów „pierwszego posłańca”. To unikalne ciało zostało odkryte przez teleskop Pan-STARRS w dniu 19 października 2017 roku i niemal od razu stało się naukową sensacją. Jednak dla astronomów wizyta ‘Oumuamua nie była zaskoczeniem. Od dawna spodziewali się, że wśród niezliczonej liczby komet i planetoid powstałych wraz ze Słońcem i planetami przez nasz układ planetarny mogą również niepostrzeżenie przemykać niewielkie obiekty, które uformowały się na orbitach wokół innych gwiazd, a następnie trafiły w przestrzeń międzygwiazdową wskutek rozmaitych oddziaływań grawitacyjnych. Podobny los spotkał w zamierzchłej przeszłości większość pierwotnych komet i planetoid, które powstały w Układzie Słonecznym.

„‘Oumuamua stanowi długo wyczekiwany pierwszy pomost pomiędzy pozasłonecznymi układami planetarnymi a naszym Układem Słonecznym.” – powiedział Michał Drahus z Obserwatorium Astronomicznego UJ, jeden z głównych autorów pracy. „Zdobycie szczegółowych informacji o tym obiekcie ma fundamentalne znaczenie dla badań planetarnych i astronomii w ogóle” – dodał Drahus.

Uczeni rozpoczęli swoje badania zaraz po ogłoszeniu odkrycia przez zespół Pan-STARRS. „Obserwacje ‘Oumuamua były bardzo wymagające, ponieważ nie dość, że obiekt miał małą jasność, to jeszcze szybko oddalał się od Ziemi i Słońca i przez to każdego dnia był coraz słabszy” – powiedział Piotr Guzik, doktorant w Obserwatorium Astronomicznym UJ i drugi z głównych autorów pracy. „Wiedzieliśmy od początku, że wykonanie wartościowych pomiarów będzie możliwe wyłącznie przy pomocy najpotężniejszych teleskopów na świecie” – dodał Guzik. Na swoje badania zespół otrzymał 12 godzin czasu obserwacyjnego na teleskopie Gemini North – jednym z największych i najbardziej zaawansowanych instrumentów astronomicznych na Ziemi. Jednocześnie, uzyskany przydział czasu okazał się najdłuższym przeznaczonym na badania ‘Oumuamua na teleskopie tej klasy. „Przełożyło się to w prosty sposób na najliczniejszy i najwyższej jakości materiał obserwacyjny” – powiedział Michał Drahus.

W ciągu dwóch nocy obserwacji naukowcy wykonali ponad 400 precyzyjnych zdjęć obiektu, które pozwoliły po ich złożeniu skonstruować najdokładniejszy obraz jego bezpośredniej okolicy. Ukazał kompletny brak charakterystycznego dla komet warkocza i otoczki dostarczając tym samym najmocniejszego dowodu na to, że ‘Oumuamua jest fizycznie planetoidą. „Wynik ten jest bardzo ważny, ponieważ spodziewano się, że odkrywane obiekty międzygwiazdowe będą w przeważającej większości kometami – tymczasem górą mogą być planetoidy” – wyjaśnił Piotr Guzik.

Uczeni wykorzystali także pojedyncze zdjęcia do monitorowania zmian blasku ‘Oumuamua. Zmiany takie pojawiają się w sposób naturalny kiedy obiekt o nieregularnym kształcie – wirując wokół własnej osi – odbija stale zmieniającą się ilość światła słonecznego. „Już podczas prowadzenia obserwacji zauważyliśmy, że ‘Oumuamua zmienia jasność w bardzo dużym zakresie. Jednak dopiero dokładne pomiary pozwoliły nam poznać prawdziwą skalę tego zjawiska” – powiedział Guzik. Naukowcy odkryli, że jasność ‘Oumuamua zmieniała się aż jedenastokrotnie podczas trwania pełnego obrotu, co jest wartością większą niż dotychczas przyjmowano i niespotykaną wśród ciał Układu Słonecznego. Zaobserwowane wahania blasku niosą cenne informacje na temat kształtu obiektu, choć ich odwikłanie nie jest łatwe. Z pomocą przyszło zaawansowane modelowanie komputerowe, które przeprowadził Wacław Waniak z Obserwatorium Astronomicznego UJ, współautor badań. „Jeśli zmiany blasku biorą się z kształtu obiektu, to z pewnością jest on bardzo wydłużony – ale niekoniecznie aż tak bardzo, jak wynikało to z wcześniejszych, uproszczonych obliczeń” – powiedział Waniak. „Już wydłużenie na poziomie 5:1 może w zupełności tłumaczyć obserwowane oscylacje”. Zespół ustalił również, że doba na ‘Oumuamua trwa około 7.5 godziny, równoważny rozmiar wynosi zaledwie 150 metrów, a gęstość – wbrew wcześniejszym ustaleniom innych zespołów – może nie różnić się od typowej gęstości planetoid w Układzie Słonecznym.

Znakomitej jakości materiał obserwacyjny pozwolił uchwycić brak dokładnej powtarzalności zmian blasku pomiędzy kolejnymi obrotami ciała. „Po wykluczeniu innych możliwości doszliśmy do wniosku, że ‘Oumuamua nie wiruje ruchem prostym, ale raczej „koziołkuje” w przestrzeni kosmicznej” – powiedział Michał Drahus. „Stan ten może się utrzymywać przez setki milionów czy nawet miliardy lat i świadczy najprawdopodobniej o pradawnej kolizji, do której doszło w macierzystym układzie planetarnym planetoidy” – dodał. „Pierwszy posłaniec” przekazuje nam wiadomość o tym, że kolizje w pozasłonecznych układach planetarnych mogą być całkiem powszechne podobnie jak miało to miejsce u zarania Układu Słonecznego.

Przelot ‘Oumuamua otworzył zupełnie nowy rozdział w astronomii planetarnej. „Jesteśmy ogromnie wdzięczni obserwatorium Gemini za przyznanie nam tak pokaźniej ilości czasu obserwacyjnego, a przez to stworzenie wyjątkowej szansy na włączenie się w te przełomowe badania” – powiedział Piotr Guzik.


Oryginalna publikacja: M. Drahus, P. Guzik, W. Waniak, B. Handzlik, S. Kurowski, S. Xu, 2018: Tumbling motion of 1I/‘Oumuamua and its implications for the body’s distant past, Nature Astronomy 2, 407–412.

Wyniki badań zespołu ukazały się 1 maja br. w miesięczniku Nature Astronomy. Zostały uzyskane przy znaczącym finansowym wsparciu Narodowego Centrum Nauki w ramach programu SONATA BIS (nr projektu 2016/22/E/ST9/00109). Opisany projekt stanowi część tematyki badawczej realizowanej w Zakładzie Astronomii Gwiazdowej i Pozagalaktycznej Obserwatorium Astronomicznego UJ.

Kontakt:

Michał Drahus Obserwatorium Astronomiczne UJ michal.drahus [at] uj.edu.pl Strona domowa

Piotr Guzik Obserwatorium Astronomiczne UJ piotr.guzik [at] doctoral.uj.edu.pl