Começa Com Um Estrondo

Adeus ‘Oumuamua, Olá Borisov; Isto é o que dois intrusos interestelares podem nos ensinar

Esta série de lapso de tempo de observações do telescópio espacial Hubble do objeto interestelar 2I/Borisov se estende por sete horas e foi tirada com Borisov a uma distância de 260 milhões de milhas. Um coma azul, semelhante a um cometa, pode ser visto claramente quando o objeto passa pelas estrelas de fundo. A uma velocidade extraordinária de mais de 110.000 milhas por hora, é o objeto natural mais rápido a ser detectado em nosso Sistema Solar até agora. (NASA, ESA E J. DEPASQUALE (STSCI))

Esqueça as bobagens alienígenas. O Universo como ele realmente é não precisa de enfeites para ser interessante.

Em nosso Sistema Solar, os planetas, luas, asteróides, cometas e outras massas estão todos envolvidos em uma grande dança gravitacional, com o Sol servindo como a principal fonte de massa em nossa vizinhança local. Do cinturão de Kuiper e até da distante nuvem de Oort, uma interação casual ou um puxão gravitacional ocasionalmente envia objetos além de Netuno para o interior do Sistema Solar, onde se tornarão cometas. Alguns entrarão em órbitas mais estreitamente ligadas, o que significa que as passagens cometárias se repetirão, enquanto outros receberão chutes gravitacionais que os ejetarão inteiramente do Sistema Solar.

Mas nos últimos anos, uma nova classe de objetos foi descoberta: objetos que devem se originar de fora do nosso Sistema Solar, mas que por acaso passaram pelo nosso canto local do espaço. Com o primeiro (‘Oumuamua) e o segundo (Borisov) objetos agora definitivamente confirmados como de origem interestelar, os cientistas podem finalmente começar a juntar o que é conhecido.

O cinturão de Kuiper é a localização do maior número de objetos conhecidos no Sistema Solar, mas a nuvem de Oort, mais fraca e mais distante, não apenas contém muito mais, mas é mais provável que seja perturbada por uma massa passageira como outra estrela. Observe que todos os objetos do cinturão de Kuiper e da nuvem de Oort se movem a velocidades extremamente pequenas em relação ao Sol e consistem em material em grande parte não processado que não mudou desde antes da formação dos planetas do Sistema Solar. Esses locais, o cinturão de Kuiper e a nuvem de Oort. são a fonte da maioria dos cometas e chuvas de meteoros em nosso Sistema Solar hoje, e seus análogos em todos os sistemas estelares são potencialmente responsáveis pela maioria dos objetos interestelares que surgem em toda a Via Láctea. (NASA E WILLIAM CROCHOT)

Se você puder encontrar e identificar qualquer objeto nas proximidades do nosso Sol, serão necessárias apenas algumas observações de qualidade espaçadas adequadamente para determinar seus parâmetros orbitais. Enquanto as órbitas podem ser genericamente ligadas (circulares ou elípticas) ou não ligadas (parabólicas ou hiperbólicas), os rebocadores gravitacionais de outros objetos em nosso Sistema Solar só podem transmitir velocidades que levam a uma órbita ligeiramente desvinculada.

A maneira como normalmente parametrizamos isso é falando sobre excentricidade de uma órbita (e). As quatro possibilidades para qualquer órbita são:

ε = 0 (circular),
0<ε < 1 (elliptical),
ε = 1 (parabólico), e
ε > 1 (hiperbólico).

Para todos os objetos já descobertos em nosso Sistema Solar, a excentricidade máxima a partir de 2016 que ε = 1,057 : apenas um pouco hiperbólico e consistente com uma origem dentro do Sistema Solar, mas gravitacionalmente chutado por Júpiter. Se nos restringirmos aos objetos conhecidos como cometas não chutados por Júpiter, a excentricidade máxima já vista foi ε = 1,000009.

A partir de 2017, isso mudou de forma dramática.

Impressão artística de ʻOumuamua, o primeiro objeto interestelar conhecido a passar pelo Sistema Solar. (ESO / M. KORMESSER)

A descoberta de 1I/ 'Primeiro , juntamente com a reconstrução de sua órbita, mostrou que sua excentricidade era muito maior: ε = 1,19. Enquanto os outros objetos em objetos hiperbólicos que deixaram ou deixarão o Sistema Solar não viajarão mais rápido que 3,8 km/s quando escaparem da atração gravitacional do Sol, a velocidade de `Oumuamua é de 26,3 km/s: semelhante às velocidades relativas que outras estrelas da Via Láctea viajam em relação ao nosso Sol.

Nenhum objeto originário do Sistema Solar em qualquer local, não importa quais interações gravitacionais ocorressem, poderia ter sido acelerado naturalmente a tal velocidade; deve ter se originado de outro lugar na Via Láctea. Embora os astrônomos fossem capazes de fazer várias observações importantes desse intruso interestelar, medindo sua luz ao deixar o Sistema Solar, eles não conseguiram detectar qualquer evidência de liberação de gases: nem um coma, nem uma cauda, nem as assinaturas moleculares de qualquer voláteis.

A curva de luz de ‘Oumuamua, à direita, e a forma e orientação inferidas e rolantes da própria curva. (NAGUALDESIGN / WIKIMEDIA COMMONS)

Isso criou uma controvérsia, já que ‘Oumuamua era tão diferente de todos os outros objetos que vimos até agora. Embora seja bastante grande ao longo de seu eixo mais longo - estimado em aproximadamente o comprimento de dois campos de futebol americano - é relativamente pequeno em volume e foi observado um padrão oscilatório em sua curva de luz, sugerindo que está caindo.

Sua origem é desconhecida; enquanto o sistema estelar mais próximo (semelhante ao Beta Pictoris , mas cerca de 5 vezes mais distante) poderia ter se originado indica que está viajando por um mínimo de ~ 4.00.000 anos, é eminentemente plausível que esteja viajando por muitos milhões ou mesmo bilhões de anos, circunavegando a Via Láctea isoladamente muitas vezes. Muitas ideias foram lançadas em relação à sua origem, incluindo um cinturão de asteróides estrangeiro, cinturão de Kuiper, nuvem de Oort, nebulosa pré-solar e até (de mérito científico questionável) a ideia de que poderia ser uma espaçonave alienígena intencional.

Mesmo os asteróides contêm quantidades substanciais de compostos voláteis e muitas vezes podem desenvolver caudas quando se aproximam do Sol. Mesmo que ʻOumuamua não tenha cauda ou coma, há muito provavelmente uma explicação astrofísica para seu comportamento que está relacionada à liberação de gases e não tem absolutamente nada a ver com alienígenas. (ESA–SCIENCEOFFICE.ORG)

A falta de voláteis detectados desde sua descoberta de outubro de 2017 em diante, apesar de uma passagem próxima ao Sol apenas seis semanas antes, nos ensina que não deve ser muito gelado. Ou é semelhante a um asteroide ou é um objeto semelhante a um cometa altamente esgotado que foi completamente desgastado pelo meio interestelar. Tem uma cor uniforme e ligeiramente vermelha (semelhante a Plutão), mas é muito baixa em refletividade (semelhante à Lua da Terra).

Com base em suas propriedades reconstruídas, seu eixo longo é provavelmente 5 a 10 vezes maior que os outros dois eixos, dando-lhe uma forma semelhante a um charuto. Sua natureza rolante indica que ele nasceu (ou seja, enviado para a galáxia ou ejetado de seu sistema pai) rolando, com seu momento angular conservado durante todo esse tempo. Houve também uma aceleração anômala deste objeto que foi observada, mas é totalmente consistente com a liberação de gases que está abaixo do limite detectável para um objeto tão pequeno.

A trajetória nominal do asteroide interestelar ʻOumuamua, calculada com base nas observações de 19 de outubro de 2017 e posteriores. A trajetória observada desviou-se por uma aceleração que corresponde a uma extremamente pequena ~ 5 mícrons por segundo² sobre o que foi previsto, mas isso é significativo o suficiente para exigir uma explicação. (TONY873004 OF WIKIMEDIA COMMONS)

A descoberta de ‘Oumuamua só abriu mais questões sobre esses objetos interestelares e suas origens.

A composição, forma, tamanho e natureza rolante de ‘Oumuamua são típicos desses intrusos?
Isso é um remanescente de um sistema solar falido ou um pedaço de material ejetado de um sistema maduro e totalmente formado?
É um objeto de pilha de entulho, um binário de contato ou um objeto sólido e relativamente denso que foi desgastado até o núcleo?

Tudo o que vimos é consistente com a origem da nuvem de Oort de outro sistema estelar, embora muitas outras possibilidades também sejam viáveis.

Na ciência, sempre que você observa um novo fenômeno ou uma nova classe de objeto pela primeira vez, você pode contar com os teóricos para inventar todas as ideias razoáveis (e muitas irracionais) para explicar o que foi observado. Mas para decidir quais ideias têm mérito, são necessários mais dados e mais exemplos. No final de agosto de 2019, a natureza forneceu tudo o que os astrônomos poderiam esperar, com a chegada do segundo intruso interestelar conhecido da humanidade: 2I/Borisov.

Com as observações do Hubble agora feitas do nosso segundo objeto interestelar conhecido, 2I/Borisov, a subtração do Coma facilmente visível revela a distinta cauda semelhante a um cometa que objetos grandes como esse deveriam ter. Ao contrário de ‘Oumuamua, Borisov não mostra sinais de esgotamento de seus voláteis. (B. T. BOLIN ET AL. (2019), ENVIADO PARA AAS JOURNALS)

Borisov é o segundo exemplo de um grande objeto cuja origem é definitivamente interestelar, mas é muito mais impressionante em quase todos os aspectos do que ‘Oumuamua. Comparado com ‘Oumuamua, Borisov é:

muito mais excêntrico (com ε = 3,35, quase três vezes maior que qualquer outro objeto),
muito maior (com um diâmetro nuclear de cerca de 6 quilômetros, versus ~ 0,3 km),
e uma aparência distintamente semelhante a um cometa, com um coma claro ao seu redor e uma cauda com mais que o dobro da extensão do coma, rica em cianeto e gases de carbono diatômicos.

Além de suas características orbitais, Borisov é notavelmente semelhante aos cometas típicos que se originam do nosso próprio Sistema Solar. Produz quantidades comparáveis de gás para sua distância heliocêntrica; parece ter o mesmo tamanho em todas as três dimensões; em termos de atividade, é extremamente semelhante a outros cometas que observamos. Ao contrário de ‘Oumuamua, Borisov se encaixa definitivamente no modelo que nosso Sistema Solar nos deu para objetos originários de um Sistema Solar externo.

Comparados com vários outros objetos conhecidos com origens no Sistema Solar, os objetos interestelares 1I/’Oumuamua e 2I/Borisov parecem muito diferentes um do outro. Borisov se encaixa extremamente bem com objetos semelhantes a cometas, enquanto ‘Oumuamua está completamente esgotado. Descobrir o porquê é uma tarefa que ainda aguarda a humanidade. (CASEY M. LISSE, SLIDES DE APRESENTAÇÃO (2019), COMUNICAÇÃO PRIVADA)

Embora ainda não tenhamos determinado se sua liberação de gases está sendo impulsionada principalmente por monóxido de carbono e/ou água (ambos que estão definitivamente presentes ), que esperamos para um cometa semelhante ao Sistema Solar, suas tendências de brilho observadas são consistentes com essas duas moléculas, com os dados já obtidos suficientes para descartar um modelo de núcleo nu. Embora as origens de Borisov e 'Oumuamua permaneçam desconhecidas, suas composições e propriedades hoje devem ser radicalmente diferentes umas das outras.

Mas o ponto mais importante, neste momento, é que a história científica de ‘Oumuamua está no passado, mas a de Borisov está apenas começando a se desenrolar. Só descobrimos ‘Oumuamua enquanto estava saindo do Sistema Solar, bem depois de sua maior aproximação ao Sol. Borisov, por outro lado, ainda está a caminho. Desta vez, os astrônomos estão preparados.

O objeto natural mais excêntrico já descoberto em nosso Sistema Solar, 2I/Borisov está apenas de passagem. No início de dezembro de 2019, ele fará suas aproximações mais próximas tanto do Sol quanto da Terra, passando para o interior da órbita de Marte. (CASEY M. LISSE, SLIDES DE APRESENTAÇÃO (2019), COMUNICAÇÃO PRIVADA)

Não será até o início de dezembro que Borisov fará sua passagem mais próxima do Sol, passando no interior da órbita de Marte. Perto dessa mesma data exata, a Terra também estará em posição privilegiada para observá-la, pois a distância Borisov-Terra também atingirá seu mínimo. Ao longo dos próximos dois meses, podemos esperar que um dilúvio de dados seja obtido observando este novo e fantástico objeto.

Ainda temos um longo caminho a percorrer antes de chegarmos a um modelo unificado de todos os objetos interestelares que existem por aí. É importante lembrar que estes são os primeiros dias de estudo de objetos interestelares, temos apenas dois até agora, ambos são muito diferentes um do outro e há muito mais para aprender. Com 1000 vezes a massa de ‘Oumuamua, Borisov se parece com o que você esperaria da nuvem de Oort de outro sistema estelar, mas exatamente como ‘Oumuamua ficou tão pobre volátil permanece no reino da conjectura.

Com muitas observações de 2I/Borisov agora concluídas, os cientistas mapearam sua cor em relação a muitas classes de objetos, incluindo vários tipos de asteroides, objetos transnetunianos e cometas. Borisov, mostrado em vermelho brilhante (com a extensão da cruz ilustrando as incertezas), Borisov se assemelha aos cometas presentes em nosso próprio Sistema Solar. (B. T. BOLIN ET AL. (2019), ENVIADO PARA AAS JOURNALS)

O aspecto mais interessante do que sabemos até agora sobre objetos interestelares é quão diferentes os dois primeiros, ‘Oumuamua e Borisov, realmente são um do outro. Existem várias maneiras de formar corpos interestelares: de sistemas estelares fracassados em regiões de formação de estrelas, de asteroides ejetados, de cometas e de detritos colisais. Não sabemos quão comuns ou raros são os objetos de todos esses diferentes tipos, nem como classificar definitivamente os que vimos até agora, mas a esperança está a caminho. A partir da década de 2020, o Large Synoptic Survey Telescope ficará online, com a expectativa de descobrir dezenas desses objetos até 2030.

Quais são as distribuições de tamanho e frequência da população interestelar? Qual é a idade e/ou intempéries deles? Eles são semelhantes a cometa ou asteroides; ricos em voláteis ou livres de voláteis, e diferentes classes de objetos se originam de diferentes regiões do céu? A maioria dos objetos pequenos está inativa enquanto a maioria dos grandes está ativa? Com a ponta do iceberg interestelar descoberta, as respostas a essas e outras perguntas estão finalmente ao nosso alcance.

O autor agradece a Bryce Bolin e Casey Lisse, coautores de um novo artigo detalhando e sintetizando novas observações de Borisov, por iluminar discussões e materiais sobre objetos interestelares.

Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium graças aos nossos apoiadores do Patreon . Ethan é autor de dois livros, Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .