Começa Com Um Estrondo

‘Oumuamua não era uma espaçonave alienígena, e ignorar a ciência não pode torná-lo tão

O intruso mais original em nosso Sistema Solar tem uma explicação natural que se encaixa perfeitamente – não são necessários alienígenas.

A impressão deste artista mostra a interpretação em forma de charuto de ‘Oumuamua. Embora inicialmente se suspeitasse que fosse de natureza rochosa, a falta de liberação de gases observada combinada com sua aceleração anômala sugere que pode ser feito de gelo de nitrogênio. Essa continua sendo a principal hipótese, mesmo depois de uma análise recente (erroneamente) ter sugerido o contrário. (Crédito: ESO/M. Kornmesser; nagualdesign)

Principais conclusões

Em 2017, o primeiro objeto de origem interestelar foi avistado em nosso Sistema Solar: 'Oumuamua.
Enquanto uma equipe gerou publicidade por sugerir que era uma espaçonave alienígena, a explicação natural de um iceberg de nitrogênio se encaixa muito melhor.
Apesar das detrações dos proponentes da espaçonave alienígena, a ciência não respalda suas afirmações; 'Oumuamua parece perfeitamente natural.

Em 2017, os cientistas descobriram um objeto em nosso Sistema Solar que era diferente de tudo que já vimos antes. Enquanto todos os outros corpos em nosso próprio quintal cósmico – planetas, luas, cometas, asteroides, objetos do cinturão de Kuiper e muito mais – tinham propriedades que indicavam que eles se originaram dentro de nosso próprio Sistema Solar, esse novo objeto não. Pela primeira vez, com base na trajetória observada desse objeto, encontramos algo que se originou além do nosso Sistema Solar e estava passando por nossa vizinhança local. Chamado de ‘Oumuamua, a palavra havaiana para mensageiro do passado distante, tinha uma série de propriedades curiosas que nenhum outro objeto observado possuía.

Desde essa descoberta, um debate se alastrou dentro da comunidade astronômica: qual era a natureza desse objeto que passou? Poderia ter sido um asteróide fortemente intemperizado, deformado e caindo de sua jornada pelo espaço interplanetário? Poderia ser um enorme fragmento de gelo feito de algum material volátil, como hidrogênio ou nitrogênio? Poderia ser algo ainda mais exótico, como um objeto primordial que foi perturbado por maré ? Ou toda explicação natural concebível é insatisfatória, abrindo a porta para algo aparentemente implausível, como aquele ‘Oumuamua é uma espaçonave alienígena? Apesar de tudo o que é desconhecido sobre 'Oumuamua, uma explicação está acima do resto. E não, não são alienígenas. Aqui está o porquê.

Esta imagem combinada muito profunda mostra o objeto interestelar ‘Oumuamua no centro da imagem. Ele é cercado por trilhas de estrelas fracas que são manchadas à medida que os telescópios rastreiam o intruso em movimento. Esta imagem foi criada combinando várias imagens do Very Large Telescope do ESO e do Gemini South Telescope. O objeto está marcado com um círculo azul e parece ser uma fonte pontual, sem poeira ao redor. ( Crédito : ESO / K. Meech et al., Natureza, 2017)

Os fatos sobre ‘Oumuamua

Quando se trata de qualquer questão científica, a primeira coisa de suma importância é colocar nossos fatos em ordem: o básico do que todos podem concordar é realmente verdade. Em 2017, um telescópio que examina automaticamente, sistematicamente e repetidamente o máximo possível do céu – o telescópio Pan-STARRS localizado no ponto mais alto da ilha de Maui – descobriu um ponto de luz que se movia rapidamente contra a estática. , fundo fixo de estrelas. Embora muitos objetos dentro do Sistema Solar possuíssem propriedades semelhantes, esse objeto tinha algo único: a maneira como sua posição mudou ao longo do tempo indicava que ele não poderia ter se originado em nosso Sistema Solar. Sua órbita era muito excêntrica e estava se movendo muito rápido para ser explicado como um asteróide, centauro, cinturão de Kuiper ou mesmo um objeto da nuvem de Oort.

De fato, antes da descoberta de 'Oumuamua em 2017, todos os objetos do Sistema Solar que encontramos estavam em uma órbita circular ou elíptica estável ao redor do Sol (com uma excentricidade menor que 1), ou então era apenas ligeiramente hiperbólico, com uma excentricidade maior que 1. Na verdade, a órbita mais excêntrica já descoberta anteriormente - e que era possuída por um objeto que recebeu um estilingue gravitacional de Júpiter – tinha uma excentricidade de 1,06, ainda pouco maior que 1. Quase todos os objetos que seriam ejetados gravitacionalmente do Sistema Solar se moveriam a menos de ~ 1 km/s quando alcançassem o espaço interestelar, escapando por pouco da atração do Sol. Esse objeto anteriormente mais excêntrico estará se movendo a ~3,8 km/s, que é o máximo que um objeto com origem no Sistema Solar poderia ter.

Uma animação mostrando o caminho do intruso interestelar agora conhecido como ʻOumuamua. A combinação de velocidade, ângulo, trajetória e propriedades físicas contribuem para a conclusão de que isso veio de além do nosso Sistema Solar, mas não conseguimos descobri-lo até que já tivesse passado da Terra e saído do Sistema Solar. ( Crédito : NASA/JPL-Caltech)

Mas não ‘Oumuamua. Observações indicadas:

sua excentricidade era 1,2
sua velocidade quando atinge o espaço interestelar será de ~26 km/s
não teve encontros próximos com nenhum planeta massivo em nosso Sistema Solar

Embora inicialmente não sabíamos se classificá-lo como um cometa ou um asteróide, rapidamente ficou claro que este era um tipo de objeto fundamentalmente novo: um intruso de longe, em algum lugar no espaço interestelar. Ele entrou em nosso Sistema Solar a uma velocidade notável, foi redirecionado pelo Sol e só foi descoberto nos dados quando já estava saindo do Sistema Solar ao passar perto da Terra: apenas 23.000.000 quilômetros de distância . Imediatamente após sua descoberta, nós a observamos com todos os observatórios relevantes que poderiam fotografá-la enquanto se afastava.

Aqui estão algumas outras propriedades bizarras possuídas por ‘Oumuamua:

Era um objeto pequeno: apenas cerca de 100 metros de comprimento.
Era muito fraco, indicando que, mesmo com seu tamanho pequeno, não era particularmente refletivo.
Era de cor vermelha, semelhante aos asteróides troianos que encontramos liderando e seguindo Júpiter em sua órbita.
Não mostrou nenhuma absorção atômica ou molecular ou características de emissão, indicando que poeira e íons não estavam sendo liberados.
A cada 3,6 horas, aproximadamente, o brilho do objeto variava em até um fator de ~15: uma quantidade sem precedentes.

Juntos, esses fatores pintaram um quadro notável e novo.

Por causa das variações de brilho observadas no objeto interestelar 1I/'Oumuamua, onde varia por um fator de 15 do mais brilhante ao mais fraco, os astrônomos modelaram que é muito provável que seja um objeto alongado e em queda. Pode ser em forma de charuto, em forma de panqueca ou irregularmente escurecido, mas deve estar caindo de qualquer maneira. ( Crédito : nagualdesign/Wikimedia Commons)

Em termos de composição, ‘Oumuamua não tinha nada em comum com os corpos gelados que conhecemos; era completamente a cor errada. O brilho variável indicava que esse objeto era extremamente alongado, como um charuto, ou extremamente plano, como uma panqueca, e que devia estar caindo irregularmente, independentemente de qual explicação fosse verdadeira. Mas havia mais um fator que entrou em jogo, que talvez desafiasse a explicação convencional mais do que qualquer outro: à medida que 'Oumuamua se afastava do Sol, parecia se mover de maneira ligeiramente diferente do que prevíamos apenas pela lei da gravidade, como se algum fator ainda não visto estava fazendo com que ele acelerasse. A aceleração extra foi pequena, apenas ~ 5 mícrons por segundo^dois, ou 1 parte em 2.000.000 da aceleração devido à gravidade na superfície da Terra.

A explicação mais comum para uma aceleração adicional em um objeto do Sistema Solar é quando o objeto é aquecido de forma desigual pelo Sol e começa a liberar gases preferencialmente em uma direção sobre a outra. No entanto, nenhum desses gases ou íons foi detectado, nem o objeto exibiu um coma, que os corpos gelados deveriam possuir. Dado o tamanho minúsculo e a grande distância de ‘Oumuamua, não podemos descartar que ele, de fato, possuía um jato difuso de ejeção abaixo do limite do que poderíamos detectar.

Qualquer objeto individual que viajasse pela galáxia só passaria tão perto de uma estrela quanto ‘Oumuamua fazia ao nosso Sol a cada ~ 100 trilhões de anos, ou cerca de 8.000 vezes a idade atual do Universo. Ou tivemos muita sorte, ou deve haver uma enorme população de objetos interestelares como este – talvez até 10²⁵— vagando pela galáxia Via Láctea.

Quando se trata da natureza do intruso interestelar ‘Oumuamua, a aceleração anômala é sugestiva de liberação de gases, mas nenhum gás foi observado. Isso desfavorece as hipóteses de que ‘Oumuamua era semelhante a um cometa ou a um asteroide. ( Crédito : Escritório de Ciências da ESA)

As explicações possíveis

Quando você nunca observou um objeto ou fenômeno como o que está vendo pela primeira vez, é importante considerar todas as opções concebíveis que poderiam tê-lo causado. Mas tão importante quanto isso, você deve considerar os fenômenos naturais que você espera que ocorram com base nas leis conhecidas da natureza antes de recorrer a quaisquer explicações não naturais ou sobrenaturais. Dito isto, houve uma série de explicações potenciais apresentadas para explicar o conjunto completo do que foi observado quando se tratava de ‘Oumuamua, mas eles precisam explicar todos os dados relativos a isso simultaneamente.

As variações de brilho, por exemplo, podem ter sido produzidas por um objeto alongado, tombado, semelhante a um charuto; um objeto plano, fino, rolante, semelhante a uma panqueca; ou um objeto giratório esferoidal, multi-tonal, como A lua semi-escurecida de Saturno Iapetus . Estas são as explicações prováveis que valem a pena explorar mais no que diz respeito à geometria de 'Oumuamua.

‘Oumuamua tinha uma cor semelhante a muitos dos asteroides que observamos, mas a falta de liberação de gases desfavorece uma natureza asteroidal para ele. Os asteróides tendem a liberar gás apenas se tiverem moléculas voláteis em sua superfície, e a quantidade de liberação de gás necessária para produzir as acelerações observadas está exatamente nos limites do que nossos instrumentos deveriam ter visto. E, no entanto, eles não viram nada: sem poeira, sem água, sem dióxido de carbono ou monóxido de carbono - todos os quais são encontrados abundantemente em cometas e asteróides em nosso Sistema Solar. O que quer que ‘Oumuamua seja, não é algo com o qual estamos intimamente familiarizados em primeira mão.

Embora a ideia de usar uma vela de luz para impulsionar um microchip através do espaço interestelar, disparando uma série de lasers poderosos na vela, seja convincente, existem atualmente obstáculos intransponíveis para que isso se concretize. Como uma possível explicação para ‘Oumuamua, é completamente desmotivado fisicamente. ( Crédito : Breakthrough Starshot)

Talvez por essas razões, o professor de Harvard Avi Loeb, juntamente com seu colaborador Shmuel Bialy, propôs radicalmente que ‘Oumuamua não era um objeto natural, mas sim uma espaçonave criada por alienígenas. Especificamente, era suspeitosamente semelhante à nova ideia de uma vela de luz, onde uma superfície grande, mas muito fina, leve e altamente reflexiva seria usada para refletir um conjunto colimado de lasers, com a intenção de acelerá-lo a tremendas distâncias. velocidades para uma viagem interestelar. Conforme promovido pelo Iniciativa inovadora Starshot , seus proponentes afirmam que poderia atingir velocidades de ~20% da velocidade da luz em condições ideais, tornando-o um candidato ideal para percorrer a distância entre estrelas em uma única vida humana.

Essa ideia está repleta de problemas que ainda precisam ser superados, incluindo:

a refletividade insuficiente de todos os materiais conhecidos
a incapacidade de orientar e apontar a vela de forma estável durante a aceleração
a incapacidade de proteger a vela da poeira e do gás do meio interestelar

Além disso, a ideia tem três problemas maiores associados a esta aplicação. A primeira é que esse objeto não está se movendo com os tipos de velocidade previstos por uma vela de luz, mas se move em velocidades mundanas: as mesmas velocidades em que outras estrelas e objetos interestelares viajam naturalmente. A segunda é que ela não exibe as propriedades que uma vela leve, que passaria um longo período viajando pelo meio interestelar, deveria ter. Mas a terceira, e talvez a mais importante, preocupação é que não há comparação com a abundância esperada de objetos naturais que poderiam causar tal sinal. Apesar do fato de não possuirmos tais objetos em nosso Sistema Solar, eles ocorrem naturalmente.

Vários gelos, sua composição molecular e o tamanho, albedo (refletividade) e aceleração observada de ‘Oumuamua. Observe que o gelo de nitrogênio, para um objeto esférico de ~ 25 metros e com um albedo de cerca de 0,64, pode reproduzir a aceleração observada de ‘Oumuamua e ainda permanecer consistente com o conjunto completo de outras observações. ( Crédito : A. P. Jackson & S. J. Desch, LPI Contribuído. Nº 2548, 2021)

Dentro maio de 2020 , Daryl Seligman e Greg Laughlin calcularam que, se um hidrogênio molecular sólido e volátil diferente cobrisse apenas 6% da superfície de 'Oumuamua, a sublimação desses gelos poderia ter causado a aceleração observada, evitando a detecção por nosso conjunto completo de instrumentos . A ideia não funcionou em detalhes – o gelo de hidrogênio sublima com muita facilidade, rapidez e temperatura muito baixa, mesmo no espaço interestelar – mas possuía uma semente de uma ideia que valia a pena investigar mais. Se uma molécula volátil e abundante diferente cobrisse a superfície de um objeto natural, e esse volátil também escapasse à detecção por nossos instrumentos, talvez isso pudesse fornecer a explicação física necessária para a natureza e origem de ‘Oumuamua.

Em fevereiro de 2021, Alan Jackson e Steve Desch juntam as peças da maneira mais convincente até hoje. Eles consideraram outros voláteis e, em particular, nitrogênio molecular: N_dois . O gelo de nitrogênio existe em grande abundância no Sistema Solar externo, inclusive em Plutão e Tritão, os dois maiores corpos conhecidos originados no cinturão de Kuiper. Os gelos de nitrogênio cobrem grandes porções das superfícies dos objetos do Cinturão de Kuiper, refletem cerca de ⅔ da luz solar incidente e formam camadas com muitos quilômetros de espessura. Pensa-se que os gelos de nitrogênio devem ser abundantes nos arredores de praticamente todos os sistemas estelares que se formam nos tempos modernos, e uma das coisas que ocorre copiosamente nesses arredores, importante, é colisões entre os corpos maciços que estão ali presentes. Acredita-se que as luas de Plutão, Haumea e Eris, por exemplo, tenham surgido de impactos gigantes, assim como se teoriza que um impacto gigante formou a Lua da Terra.

As luas de Plutão, desde os minúsculos Styx e Kerberos até o gigante Caronte, provavelmente foram formadas a partir de um impacto gigante há muito tempo no Sistema Solar exterior. Esses impactos gigantes devem ser relativamente comuns, e podem ejetar gelos superficiais em grande abundância e com grande número de fragmentos sub-quilômetros. Isso pode explicar a origem de ‘Oumuamua. (Crédito: NASA/JHUAPL/SwRI)

A abundância prevista de icebergs de nitrogênio

Como 'Oumuamua se foi há muito tempo, o único curso de ação que podemos tomar agora na busca para determinar sua natureza é procurar e caracterizar objetos interestelares adicionais e ver se outros são semelhantes, e então calcular, da melhor forma possível, teoricamente, a abundância esperada desses objetos a partir da formação de sistemas estelares em toda a Via Láctea. Isso é precisamente o que Jackson e Desch fizeram em um artigo publicado em março de 2021 , determinando que:

um total de um quatrilhão (10^quinze) fragmentos de gelo serão produzidos para cada sistema estelar como o nosso
cerca de um terço da massa desses fragmentos estará na forma de gelo de nitrogênio
a maioria dos objetos abaixo de um quilômetro de tamanho será dominada por esses fragmentos
esses fragmentos só devem erodir após ~500 milhões de anos
cerca de 4% de todos os corpos interestelares são provavelmente fragmentos dominados por nitrogênio-gelo

É uma ideia que rapidamente se tornou a principal hipótese sobre a origem de 'Oumuamua e representa uma população incrivelmente abundante de objetos que - com base apenas na física e na dinâmica de objetos conhecidos por existir nas abundâncias que se espera que existam - podem finalmente ter se revelaram para nós. Mais importante, independentemente de quaisquer outras ideias que se possa ter, essa população de objetos deve ser considerada. Com a tecnologia aprimorada do telescópio, ainda podemos encontrar fragmentos de gelo de nitrogênio nos arredores extremos do nosso Sistema Solar exterior, pois estima-se que aproximadamente 0,1% de todos os objetos da nuvem de Oort sejam esses fragmentos.

Prevê-se que praticamente todo sistema estelar que se forma tenha, além da região planetária, uma distribuição semelhante a um disco de corpos de gelo e rocha como nosso cinturão de Kuiper, com uma grande e estendida nuvem de Oort além disso. Colisões entre corpos maciços nessas regiões externas devem criar uma mistura de fragmentos de gelo feitos de voláteis, como gelo de água, gelo de nitrogênio e gelo de dióxido de carbono. ( Crédito : Instituto de Pesquisa do Sudoeste)

Jackson e Desch, em sua análise, foram extremamente cuidadosos ao basear suas estimativas para a abundância de fragmentos de gelo de nitrogênio que deveriam existir com base no conjunto completo de dados disponíveis. Para responder à pergunta de quantos ‘Oumuamuas deveriam estar lá fora? eles foram ao papel de descoberta do próprio objeto , que aproveitou a totalidade dos conjuntos de dados Pan-STARRS. Eles calculam, em seu trabalho, que se você considerar quantas unidades astronômicas cúbicas (uma caixa da distância Terra-Sol em todos os lados) você precisaria para conter um objeto do tipo 'Oumuamua, em média você precisaria de um pouco mais de 6.000 deles. Isso está precisamente dentro do intervalo de confiança de 90% do intervalo de tais objetos determinados como realmente existentes no artigo de descoberta de 'Oumuamua.

Mas, em vez de conduzir a ciência da maneira que deveria ser conduzida, onde reconhecemos nosso próprio conhecimento limitado e aproveitamos o trabalho árduo e a experiência de nossos competentes colegas, Loeb e seu aluno de graduação, Amir Siraj, decidiram ignorar a metodologia de Jackson e Desch. Em vez de, eles escolheram fazer suas próprias estimativas , escolhendo valores indefensáveis de dados parciais e possivelmente escolhidos a dedo. A abundância que eles inferem está entre dezenas e centenas de vezes maior, alegando que deveria haver um objeto do tipo ‘Oumuamua para cada ~ 10 unidades astronômicas cúbicas. Eles então argumentam que a imensidão do nitrogênio exigido por suas estimativas é absurda (é, porque eles montaram um espantalho científico), chegando à conclusão de que o cenário do iceberg de nitrogênio é insustentável.

Apesar do fato de Loeb e Siraj continuam a fazer manchetes com suas afirmações , com Siraj chamando a hipótese do gelo de nitrogênio insustentável e fora da mesa, as falhas copiosas e a análise preguiçosa de seu trabalho torna-o completamente pouco convincente para todos, exceto para os espectadores mais acríticos.

Plutão, o maior corpo atualmente no Cinturão de Kuiper, tem sua superfície coberta por uma camada de gelo com vários quilômetros de espessura. Os gelos dominantes são nitrogênio, dióxido de carbono e vapor de água, e as camadas de gelo provavelmente eram mais espessas no passado. As primeiras colisões podem ter gerado enormes quantidades de fragmentos de gelo: até 10^15 em tamanhos de ~100 metros para cada sistema estelar recém-formado em nossa galáxia. ( Crédito : NASA/JHUAPL/SwRI)

É muito claro que qualquer que seja a verdadeira natureza de ‘Oumuamua, é diferente de qualquer outro objeto que já vimos. Desde então houve um segundo objeto interestelar observado para entrar em nosso Sistema Solar, mas aquele era grande, rico em voláteis e semelhante a um cometa, e que nunca se aproximou particularmente da Terra. Existem claramente grandes populações de objetos que se originam de outros sistemas estelares atravessando o meio interestelar, e é eminentemente provável que, à medida que nossas capacidades de observação melhorem, comecemos a acumular grandes conjuntos de dados sobre os tipos de objetos que passam pelo nosso Sistema Solar, apesar originários de outras partes da nossa galáxia.

Entre eles certamente estarão objetos mais parecidos com ‘Oumuamua, onde a única explicação natural que é consistente com os dados é um fragmento de gelo de nitrogênio. Infelizmente, sempre haverá cientistas no campo que fecham suas mentes para o trabalho de alta qualidade de seus colegas e, em vez disso, empregam a mentalidade mais perigosa que um cientista pode possuir: somente eu sou capaz de realizar essa análise corretamente. Em particular, quando você está trabalhando fora de sua área de especialização, é muito provável que você cometa erros de maneiras que nem conhece. O único caminho de sucesso a seguir é ser humilde o suficiente para enfrentar seus erros, admiti-los, corrigi-los e aprender com eles.

Se não o fizer, você não apenas continuará sendo mal informado, mas provavelmente espalhará essa desinformação para outras pessoas: estudantes, jornalistas e o público em geral. Felizmente, a ciência não progride pela opinião pública, mas sim pelo que as evidências apóiam. Neste momento, o iceberg de nitrogênio é de longe a hipótese mais bem suportada para a origem de ‘Oumuamua. Com dados superiores chegando assim que o Grande telescópio de pesquisa sinóptica no Observatório Vera Rubin online, em breve poderemos ter uma imagem muito mais definitiva do que está lá fora voando pelo espaço interestelar da Via Láctea.

Neste artigo Espaço e Astrofísica