I slutningen af efteråret sidste år opdagede astronomer for første gang nogensinde et objekt – en asteroide – i vores solsystem, som stammer fra et fremmed solsystem. Opdagelsen blev kortvarigt omtalt både i dansk og international presse

Nyheden er selvfølgelig ikke helt så ny længere, til gengæld er der nu (lige før nytår) kommet en officiel artikel i Nature, og jeg tænkte det måske kunne være et godt tidspunkt at samle lidt op på, hvad det egentlig var, der blev opdaget, hvad vi ved med sikkerhed, hvad der er mere spekulativt, og hvad opdagelsen kommer til at betyde fremover.

Objektet blev opdaget den 19. oktober af PANSTARRS-teleskopet på Hawaii som led i en løbende eftersøgning efter asteroider i nærheden af Jorden. Ved nærmere eftersyn viste det sig at objektet allerede var fotograferet dagen før og havde flyttet sig rigtigt meget (6.2°) henover himlen på et døgn. Med opfølgende observationer i løbet af de efterfølgende uger kunne man begynde at beregne banen.

Interstellart objekt, her observeret den 28/10 med William Herschel teleskopet (kilde). Objektet er den lille plet midt i billedet. Teleskopet følger objektets bevægelse under eksponeringen, hvorfor stjernerne ses som streger.

Det blev hurtigt klart at objektets bane var helt inkonsistent med en asteroide. Formen på en klassisk planetbane er bestemt af banens excentricitet, normalt kaldet e. En cirkulær bane har e = 0. Med stigende excentricitet bliver banen en mere og mere aflang ellipse. Jordens bane er næsten cirkulær og har e = 0.016. Mars’ bane er noget mere aflang med e = 0.093, og asteroidebaner har typisk relativt lave excentriciteter. Halley’s komet har en kraftigt aflang elliptisk bane med e = 0.967. Langperiode-kometer har baner med excentriciteter meget tæt på 1. Grænsetilfældet på e=1 er en parabel, som man kan tænke på som halvdelen af en “uendeligt aflang ellipse”. En tænkt komet på en parabolsk bane kommer ind mod Solen fra uendelig afstand, vender om Solen og forlader igen Solsystemet i samme retning som den kom, men med en hastighed som nærmer sig nul efterhånden som den fjerner sig fra Solen.

Excentriciteter større end 1 repræsenterer hyperbolske baner, hvor det indkommende objekt forlader Solsystemet i en anden retning end det kom ind og med en hastighed større end nul. e = 1.41  (  = √2 ) er en bane med en vinkel på 90°  mellem indkommende og udgående retning og når e bliver meget stor nærmer vinkelen sig 180° – det vil sige banen er næsten en ret linje gennem Solsystemet. Dette vil være objekter som passerer Solen med stor hastighed og i betydelig afstand og kun afbøjes lidt.

Excentriciteten for det nyopdagede objekt er bestemt til e = 1.1956 ± 0.0006.

Det lyder måske ikke så dramatisk, men det ER det. For det første ser man af den meget lille usikkerhed at e > 1 med meget stor sikkerhed – altså banen er hyperbolsk og objektet er ikke bundet af Solsystemet. For det andet: Af omkring 750.000 kendte kometer og asteroider er den højeste hidtil måle excentricitet kometen C/1980 E1 (Bowell) med “kun” e = 1.057. Denne komet kom ind i det indre solsystem på en bane med e<1 men efter at have passeret relativt tæt på Jupiter forlod den Solsystemet på en hyperbolsk bane. Det er altså et eksempel på en komet fra Solsystemet som blev kastet ud af Solsystemet efter et tæt møde med Jupiter.

Forskellen bliver dramatisk tydelig når man omregner til den hastighed, hvormed objekterne forlader Solsystemet. C1980/E1 bevægede sig med 8.6 km/s da den var i en afstand på 30 astronomiske enheder (30 gange Jordens afstand til Solen, omkring ved Neptun) og hvis jeg regner rigtigt, kommer den til at forlade Solsystemet med omkring 3.9 km/s. Af de fem rumsonder, som nu er på vej ud af Solsystemet er Voyager 1 den fjerneste og hurtigste. Den er 141 astronomiske enheder fra Solen og bevæger sig med 16.984 km/s. Den har på det nærmeste forladt Solens tyngdepåvirkning og vil kun bremse yderligere ned til 16.6 km/s.

Det nyopdagede objekt kommer til at forlade Solsystemet med en hastighed på 26.33 km/s. Konklusionen, at dette objekt vil forlade Solsystemet, er helt ligetil at udlede alene af den observerede hastighed og er fuldstændig solid. Objektet kom ind fra retning omtrent af stjernen Vega, langt over ekliptika (altså over det plan planeterne bevæger sig i), passerede gennem ekliptika og vendte om Solen den 9. september 2017 med en nærmeste afstand lidt indenfor Merkurs bane og en maksimal hastighed på 87.7 km/s (!), passerede relativt tæt forbi Jorden og under Jordens bane den 14/10, krydsede igen ekliptika den 16/10 og blev så opdaget den 19/10, da den allerede var på vej udefter i retning mod stjernebilledet Pegasus, 66° væk fra den indkommende retning. På intet tidspunkt kommer banen tæt forbi en større planet som kunne ændre den dramatisk og selv en spekulativ planet 9 meget langt ude kan ikke tilføje tilstrækkelig energi. Det er helt klart at objektet kom fra det interstellare rum og er på vej derud igen.

 Diagram, som viser det interstellare objekts bane gennem det indre Solsystem.

Det er naturligvis ikke en tilfældighed at objektet blev opdaget omkring da det krydsede ekliptika. Langt de fleste asteroider bevæger sig tæt på ekliptikas plan, og derfor er eftersøgninger efter disse objekter også koncentreret om de retninger. Det er naturligvis heller ikke tilfældigt at det blev opdaget da det var relativt tæt på Jorden.

Objektet blev navngivet ‘Oumuamua, hvilket er hawaiiansk og betyder en spejder – meningen her en “spejder” sendt fra en anden stjerne ind i vort Solsystem.

Klassifikationen var en historie for sig. Traditionelt er en asteroide et mindre objekt på en bane med lav excentricitet og som ikke har en sky af gas og støv omkring sig – altså som primært består af sten eller metal, ikke is. En komet er et mindre objekt på en meget aflang elliptisk bane og med en koma, når banen kommer nær Solen – altså rig på is som damper af når kometen nærmer sig Solen.  Denne klassifikation er allerede problematisk idet der findes mange objekter i Solsystemet som ikke umiddelbart passer ind i en af de to kasser, eller som er grænsetilfælde. ‘Oumuamua blev i første omgang klassificeret som en komet baseret på  banens høje excentricitet, senere som en asteroide da det blev klart at den slet ikke viste det mindste tegn på en koma, altså ikke overhovedet gassede af, selvom den kom ganske tæt på Solen. Den er nu endeligt klassificeret som det første objekt i en helt ny klasse af  interstellare objekter, og navnet er derfor, helt officielt 1I/’Oumuamua.

Det er ikke som sådan overraskende at observere et objekt fra et andet Solsystem. Som eksemplet C1980/E1 viser så sker det nu og da at kometer kastes ud af vort Solsystem efter at have passeret tæt forbi en af de store planeter, og det er en rimeligt ukontroversiel formodning at det skete langt hyppigere meget tidligt i Solsystemets historie.

Det er derimod overraskende at ‘Oumuamua øjensynlig ikke er rig på is og gas som kunne frigives da den passerede Solen.  Det typiske objekt som kastes ud fra vores Solsystem er isrigt. Jo længere ude i Solsystemet et objekt befinder sig, jo mindre bundet er det, og jo nemmere er det at kaste ud. I de ydre dele af Solsystemet er der koldt, og objekter dannet derude er langt rigere på is end objekter dannet længere inde. C1980/E1 vil for eksempel oplagt frigive gasser hvis den om millioner af år passerer tæt forbi en anden stjerne. ‘Oumuamua er meget rød, hvilket er typisk for objekter i det ydre af asteroidebæltet eller endnu længere ude i Solsystemet, som er mørke og rødlige på grund af et ydre lag af kulstofforbindelser som er påvirkede af millioner af års stråling – men denne slags objekter ville vi i næsten alle tilfælde formode er fulde af frossent vand (og metan, og ammoniak) , som vil frigives ved passage af Solen.

Så, hvad foregår der?  Er ‘Oumuamua dannet i et miljø meget anderledes end vores Solsystem ?  Har den passeret tæt forbi en anden stjerne før den nåede Solen ?  Er den ydre skorpe af kulstofforbindelser simpelthen så massiv efter millioner af år i rummet mellem stjernerne at isen nedenunder ikke kan frigives ? Indtil videre helt åbne spørgsmål.

Den anden store overraskelse er ‘Oumuamuas form. Den er for lille og for langt væk til at den er meget end et enkelt punkt i teleskopbilleder, så formen kan altså ikke ses direkte. Den er afledt af lyskurven, altså variationen i intensitet over tid.

Kurven viser meget kraftig variation, med periodiske dyk ned til 1/10 af det maksimale niveau. Dyk i lysstyrke kan naturligvis skyldes forskelle i reflektansen mellem to sider af legemet, men det forklarer ikke formen af kurven med de skarpe dyk. Det tyder i stedet på at objektet har en aflang form, og roterer så dets areal ændrer sig med en faktor 10 set fra Jorden.  Strengt taget indikerer observationen altså blot at to af objektets tre akser har forholdet 1:10. Den tredje akse, som det roterer om, kan i princippet være hvad som hest. Den dynamisk mest stabile situation er hvis objektet roterer om den korteste akse, og derfor antages ‘Oumuamua normalt at være cigarformet med omtrentlige dimensioner 1:1:10, men strengt taget kan den være tallerkenformet og mange variationer ind i mellem, omend cigarformen nok er mest sandsynlig.

Under alle omstændigher er formen ekstrem og på det nærmeste ukendt fra Solsystemet. En anden stor overraskelse.

Størrelsen er også forholdsvist ukendt, og man kan se den angivet til ganske mange forskellige værdier i forskellige publikationer. Det eneste vi har at gå efter her er mængden af lys – som jo også afhænger af, hvor godt objektet reflekterer. Hvis vi antager at den er meget mørk (albedo på 0.04), konsistent med rødlige asteroider fra det ydre af asteroidebæltet, og tror på cigarformen, kommer man frem til omkring 800 m x 80 m x 80 m (igen, fra artiklen i Nature), men dette estimat kan variere betydeligt, afhængigt af, hvor lys den er. Under alle omstændigheder ikke en størrelse som i sig selv virker overraskende – ikke at vi på forhånd havde nogen speciel forventning om hvad størrelsen på et sådant objekt burde være.

Så, hvor kom den fra ?

Ikke fra stjernen Vega i hvert fald, selvom den ramte Solsystemet fra den retning. Det er 600.000 år siden den var der, hvor Vega er nu, og dengang var Vega et helt andet sted, da stjernerne også bevæger sig i forhold til hinanden. Det er bemærkelsesværdigt at ‘Oumuamuas bevægelse er meget tæt på den såkaldte “lokale hvilestandard” (local standard of rest), som er en slags middelhastighed for Solen og alle de nære stjerner. Med andre ord repræsenterer de 26 km/s mere Solens hastighed gennem rummet, end ‘Oumuamuas egen hastighed. Dette indikerer måske at den er kastet ud fra et relativt ungt planetsystem for relativt nylig. Den er formentlig begyndt med en hastighed ret tæt på den stjerne den kom fra (ligesom f.eks. C1980/E1, som forlader Solsystemet med kun ~4 km/s) og unge stjerner har typisk mindre egenbevægelse da de fødes i skyer af støv og gas, hvis bevægelse i vid udstrækning følger galaksens rotation. Det giver også mening da unge planetsystemer forventes at udspy flere asteroider/kometer end ældre systemer. I hvert fald ét studie har peget på specifikke grupper af yngre stjerner i Solens nærhed, som den kunne stamme fra. I så fald blev den kastet ud fra sit fødested for omkring 45 millioner af år siden, men det kan heller ikke udelukkes at den har kredset rundt i Mælkevejen på egen hånd i milliarder af år.

Hvad betyder opdagelsen ?

For det første så øger det jo nok forventningen om at se mere af den slags objekter indenfor ret kort tid. Et interessant teoretisk studie fra sidste år nåede frem til at der nok ikke var mange af den slags objekter, men det byggede på en antagelse om at de ville være noget større, og ville udgasse som kometer – hvilket jo øger synligheden kraftigt. Interessant nok konkluderede samme studie at asteroide-lignende objekter (altså som ikke udgasser) sandsynligvis ville observeres med en excentricitet på omkring 1.4, forbløffende tæt på de 1.2 for ‘Oumuamua. Det bygger simpelthen på at sandsynligheden for at se disse objekter er højest hvis de kommer ind i det indre Solsystem, hvor Solen også vil have større mulighed for at afbøje dem, så de vil have lavere excentricitet.

Opdagelsen af ‘Oumuamua er blot ét af mange eksempler på at et af de mest frugtbare felter indenfor observationel astronomi lige nu  ligger i studiet af transiente fænomener, altså fænomener som kræver at man identificerer en opdagelse og følger op hurtigt. Dette sker typisk ved hjælp af en høj grad af automatisering. Med den erfaring vi nu har fra ‘Oumuamua, er det nemmere at optimere observationsprogrammer til at lede efter den slags objekter – det ideelle observationsprogram for at se interstellare objekter er anderledes end det ideelle måleprogram til at opdage asteroider nær Jorden. Med en række nye instrumenter på vej er det ikke urealistisk at forvente et støt voksende antal observerede interstellare objekter i de kommende år, og hvis objekterne opdages tidligere kan det nok med stor rimelig forventes at vi vil blive i stand til at lære mere om dem – og om måske om de solsystemer , de kommer fra.

En umiddelbar konklusion, som allerede kan drages er at der formentlig findes en betydelig population af planeter, der minder om Uranus/Neptun i vort Solsystem, også i andre planetsystemer. Vi har endnu ikke  opdaget særligt mange sådanne planeter, da de metoder, der benyttes typisk er mest følsomme overfor planeter tæt på deres stjerne, men en planets evne til at kaste asteroider ud af et planetsystem er en funktion af planetens størrelse og dens afstand fra sin stjerne. Jo større, og jo længere væk, jo bedre. I vort eget Solsystem kan både Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun kaste objekter ud af Solsystemet, men Jupiter og Neptun er mest effektive (Jupiter er størst og Neptun længst ude). Eksistensen af ‘Oumuamua tyder på at der findes mange lignende interstellare objekter (ellers ville den være voldsomt usandsynlig) og det  tyder igen på at mange planetsystemer inkluderer store planeter, langt ude, som ikke er opdagede endnu.

Hvorvidt denne konklusion holder, hvorvidt ‘Oumuamuas mærkelige form og manglende is er typisk, og hvad vi ellers kan lære af interstellare objekter, ja, det vil tiden vise, når de næste af typen dukker op. Måske allerede i år ?