Оумуамуа: что удалось измерить, пока межзвёздный гость уходил от Солнца

19 октября 2017 года телескоп Pan-STARRS1 обнаружил слабую движущуюся точку. Расчёт показал, что объект уже удаляется от Солнца, к которому приблизился ещё в сентябре. Так астрономы нашли Оумуамуа на последней части пролёта. По мере удаления его яркость падала, и крупным обсерваториям нужно было успеть собрать измерения.

Расчёт орбиты показал, что Оумуамуа прилетел из межзвёздного пространства и туда же уйдёт. Это был первый обнаруженный объект такого рода. Телескопы успели измерить его движение, меняющийся блеск и цвет. Подробностей поверхности они не увидели. Знаменитая длинная «сигара» на иллюстрациях появилась в результате моделирования, а не на снимке далёкого тела.

Открытие на обратном пути

Pan-STARRS1 на Гавайях обнаруживает движущиеся объекты по последовательности снимков неба. Обычно так находят астероиды и кометы Солнечной системы. В случае Оумуамуа необычной оказалась рассчитанная траектория: при имеющихся скорости и направлении Солнце не могло удержать его на замкнутой орбите.

Объект получил обозначение 1I. Буква I указывает на межзвёздное происхождение, единица — на первого обнаруженного представителя.

На Оумуамуа направили крупные наземные телескопы и «Хаббл». Близкий подход к Солнцу они уже пропустили. Оставалось измерять свет и движение на уходящей траектории, пока тело было доступно приборам. Следующего сближения ждать не приходилось: Оумуамуа уходил из Солнечной системы.

По направлению прилёта оно оказалось связано на карте неба с созвездием Лиры. Рядом находится Вега, но это не установленная родительская звезда Оумуамуа. За длительное время межзвёздного путешествия звёзды перемещаются. Для поиска исходной системы пришлось бы восстановить их положение и путь гостя в далёком прошлом. Надёжного адреса у него нет.

К январю 2018 года яркости объекта уже не хватало даже для космических телескопов. С тех пор астрономы работают с сохранёнными измерениями, сравнивают расчёты и проводят лабораторные опыты. Новые исследования предлагают объяснения прежних результатов; поверхность Оумуамуа по-прежнему никто не смог рассмотреть.

Сигару вывели из яркости

На настоящем телескопическом снимке Оумуамуа выглядит точкой. Несмотря на это, его блеск давал сведения о форме. Яркость сильно менялась по мере вращения. Вытянутое тело могло объяснить такие колебания: при одном положении к наблюдателю обращена большая освещённая площадь, при другом — гораздо меньшая.

Из этого рассуждения выросли первые изображения длинной «сигары». Художники показывали возможный внешний вид объекта, а публика получила почти готовый портрет. Но телескопы не измеряли его длину и ширину по видимому контуру. Они регистрировали количество света.

На блеск влияют также направление вращения, свойства поверхности и угол освещения. Поэтому форму нельзя было однозначно выбрать по одной кривой яркости. В более поздних моделях обсуждали и сильно сплюснутые варианты. Размеры зависели от того, насколько хорошо поверхность отражает солнечный свет.

Инфракрасный телескоп «Спитцер» помог ограничить размеры, хотя сам объект не обнаружил. В ноябре 2017-го он искал тепловое излучение Оумуамуа. Сигнал оказался ниже порога чувствительности. Это позволило исключить некоторые сочетания температуры, большого размера и тёмной поверхности.

В сообщении JPL о результатах «Спитцера» приведены разные пределы при разных предположениях о теле. Они выражены через диаметр равноценного шара. Переносить такую цифру на длину нарисованной «сигары» нельзя: речь идёт о размере в выбранной тепловой модели.

Лучше отражающей поверхности достаточно меньшей площади, чтобы дать наблюдаемый блеск. Более тёмному телу при той же яркости понадобился бы больший размер. Пока отражающие свойства неизвестны, измеренный свет допускает несколько сочетаний формы и величины.

В траектории обнаружили дополнительную силу

В июне 2018 года группа Марко Микели сообщила, что движение Оумуамуа немного расходится с расчётом, учитывающим только гравитацию. Для согласования модели с наблюдениями пришлось добавить слабую силу, направленную преимущественно от Солнца.

Слово «ускорение» в этой истории иногда воспринимают как внезапный рывок. Но измерения описывали постепенное небольшое отклонение. Удаляющееся тело продолжало замедляться под действием солнечного притяжения, лишь немного слабее расчёта. Камера не сняла включение двигателя, разворот или резкую перемену скорости.

Кометы тоже испытывают дополнительную силу. Солнечный нагрев освобождает газ из ядра. Вылетающий газ толкает ядро в противоположную сторону. Вокруг активной кометы обычно видна кома — облако газа и пыли. У Оумуамуа ни заметной комы, ни привычного пылевого хвоста не обнаружили.

В объяснении группы Микели обсуждался выход вещества без большого количества мелкой пыли. Если частицы крупнее, их общий наблюдаемый эффект отличается от яркого облака мелких пылинок. Кометный механизм оставался возможен, но вещество, дававшее силу, непосредственно определить не удалось.

Модели дополнительной силы должны учитывать и отсутствие видимой активности. Если предполагаемый газ создаёт яркое облако, такой вариант расходится с наблюдениями. Поэтому авторы новых работ искали вещество и условия, при которых газ мог выходить незаметно для использованных приборов.

Запас водорода внутри льда

В 2023 году Дженнифер Бергнер и Дэррил Селигман предложили использовать то, что происходит с водяным льдом в межзвёздном пространстве. Их модель Оумуамуа связала длительное облучение тела с его кратким нагревом возле Солнца.

В этой модели энергичные частицы повреждают молекулы воды во льду. Среди продуктов облучения образуется молекулярный водород. Холодный лёд удерживает часть этого газа. Возле Солнца лёд нагревается, его структура перестраивается и накопленный водород выходит наружу. Выход газа создаёт тягу, а яркий пылевой хвост для такого процесса не требуется.

Бергнер и Селигман рассматривали небольшое тело, богатое водяным льдом, и опирались на лабораторные исследования его облучения. Для получения водородного запаса весь объект не обязан состоять из чистого водорода. Газ образуется в водяном материале за время межзвёздного путешествия.

Водород возле самого Оумуамуа не измеряли. Для расчёта его запаса Бергнер и Селигман должны были принять состав тела и длительность облучения. Именно эти условия определяют, сколько газа могло накопиться до встречи с Солнцем.

Эти величины стали предметом спора. Нильс Лигтеринк в возражении, опубликованном в Nature в ноябре 2023 года, оценил возможный выход газа и счёл его недостаточным для преимущественно водяного ледяного тела. Он обсуждал более длительное облучение, иной состав и дополнительные источники силы.

Бергнер и Селигман в ответе защищали жизнеспособность модели, указывая на неопределённости возраста объекта и выхода водорода. Разногласие касается количества газа, которое можно получить при выбранных условиях. Наблюдаемое отклонение траектории известно; доступный запас льда и длительность межзвёздной дороги приходится предполагать.

Водородный механизм связывает движение с возможной историей льда. Пока состав и возраст тела неизвестны, подтвердить нужный запас газа для Оумуамуа нельзя. Бергнер и Селигман предложили физическую гипотезу, которую продолжают проверять расчётами и опытами.

Почему возникла версия светового паруса

В 2018 году Шмуэль Бялы и Абрахам Лёб рассмотрели силу от солнечного света. Фотоны передают поверхности импульс. При достаточно большой площади и малой массе давление излучения способно заметно изменить движение тела.

В работе Бялы и Лёба для требуемого ускорения получалось очень небольшое отношение массы к площади. Если представить сплошной тонкий лист с принятыми авторами свойствами материала, его толщина оказалась бы порядка долей миллиметра. На этом основании они обсуждали световой парус и возможность искусственного происхождения.

Расчёт был условным: авторы выбирали свойства, при которых давление света давало бы наблюдаемую силу. Сам лист телескопы не видели. Ни колебания блеска, ни точечное изображение не показывают деталей конструкции.

Кроме соответствия наблюдаемой силе, модель требует объяснить, как тонкая поверхность могла возникнуть и пережить межзвёздное путешествие.

Поэтому версия паруса не является обнаружением аппарата. Она показывает ещё один возможный источник силы при особых свойствах объекта. Сведений об изготовлении конструкции или её создателях в наблюдениях нет.

Сравнение с другими межзвёздными телами

После Оумуамуа открыли ещё двух подтверждённых межзвёздных гостей. В 2019 году появилась комета 2I/Borisov. Об открытии 3I/ATLAS обзор ATLAS сообщил 1 июля 2025 года. У третьего объекта наблюдали кометную активность и кому; основные сведения собраны на странице NASA о 3I/ATLAS.

Эти встречи дают материал для сравнения. Если удастся наблюдать больше тел из других систем, астрономы смогут лучше оценить, насколько часто встречаются разные размеры, составы и виды активности. Свойства одного гостя не раскрывают автоматически свойства другого, но расширяют круг проверяемых моделей.

Для Оумуамуа особенно не хватает измерений до ближайшего подхода к Солнцу. Они позволили бы сравнить состояние тела при приближении и удалении, проследить реакцию на нагрев. Его заметили слишком поздно для такого сопоставления.

Зато сохранённые данные надёжно показали межзвёздный пролёт. Астрономы измерили меняющийся свет и слабое отклонение движения, но не увидели поверхность и не взяли пробу вещества. Оумуамуа уже далеко от нас. Дальнейшее объяснение его свойств будет рождаться из этих измерений, лабораторных опытов и новых встреч с другими межзвёздными объектами.