Co víme o ‘Oumuamua – mezihvězdné návštěvě?

Rychlost a dráha

Protože jsme na stránkách astro.cz o tomto objevu informovali již minulý týden, některé detaily zde přeskočíme.

Již několik dnů po objevu tělesa (19. října 2017) začalo být zřejmé, že objekt musel přiletět do Sluneční soustavy z mezihvězdného prostoru a že do něj také následně zase odletí. Pozorování (které již v té době pořídilo devět observatoří z USA a Evropy) ukázala, že jeho dráha je výrazně hyperbolická. Po hyperbolické dráze se pohybují tělesa, jejichž rychlost je příliš velká, než aby zůstala gravitačně vázána u Slunce (např. na eliptické nebo kruhové dráze). Každé těleso, které přiletí z mezihvězdného prostoru, se po takové hyperbolické dráze pohybuje, pokud jeho rychlost není nějakým mechanizmem snížena, např. při blízkém setkání s planetou Jupiter. Gravitační působení planet může také rychlost objektu zvýšit a tělesa původně patřící do Sluneční soustavy vymrštit na hyperbolické dráhy. V minulosti byla pozorována řada komet, které skončily na takových hyperbolických drahách právě díky tomuto efektu. U některých jiných komet (například 96P/Machholz) dokonce existuje podezření, že jsou to naopak tělesa původně cizího původu, která na eliptických drahách okolo Slunce „usadilo“ blízké setkání s Jupiterem. S jistotou to o nich říci ale nedokážeme.

Nové těleso je jiný případ – jeho dráha ukazuje, že u něj určitě k blízkému setkání s planetami nemohlo dojít. Jedná se tedy prokazatelně o první těleso z mezihvězdného prostoru, které se podařilo zachytit.

Animace dráhy tělesa A/2017 U1 při průletu Sluneční soustavou

Zpětný výpočet jeho dráhy ukazuje, že k celé Sluneční soustavě se těleso blížilo rychlostí asi 26 km/s. Tato rychlost postupně narůstala, jak se těleso přibližovalo ke Slunci. Ve vzdálenosti Neptunu (ale zde máme na mysli pouze vzdálenost; těleso přilétlo z prostoru „nad“ ekliptikou, tedy rovinou, v níž obíhají planety), které dosáhlo v roce 2012, byla jeho rychlost vůči Slunci 27,3 km/s. Ve vzdálenosti Jupiteru (v lednu letošního roku) byla 32 km/s. Na vzdálenost jedné astronomické jednotky od Slunce (1 au; vzdálenost, v níž okolo Slunce obíhá Země) se přiblížilo 10. srpna, a tehdy již uhánělo rychlostí 46 km/s. Devátého září prolétlo těleso perihelem – místem největšího přiblížení ke Slunci – rychlostí 88 km/s. Nacházelo se tehdy jednu čtvrtinu astronomické jednotky od Slunce – blíže než planeta Merkur.

Po ostré zatáčce kolem Slunce se jeho vzdálenost opět zvětšuje. Hyperbolická dráha má ovšem tu vlastnost, že jeho rychlosti v daných vzdálenostech od Slunce budou stejné, jako při přibližování. Změnil se pouze směr letu. V době objevu již mělo tuto otočku za sebou a od Slunce se nacházelo o něco dále než Země: 1,2 AU.

Definitivní číslo a pojmenování

Planetky ve Sluneční soustavě dostávají krátce po svém objevu tzv. předběžné označení (které v případě tohoto objektu je A/2017 U1). Poté, co je na základě dalších pozorování jejich dráha známa dostatečně přesně, je jim přiřazeno tzv. definitivní číslo a objevitel má právo planetku pojmenovat. Toto zpřesnění dráhy trvá ale zpravidla několik let. Jeden z důvodů, proč se s očíslováním a pojmenováním planetek takto otálí, je obava, aby se již jednou pojmenované planetky „neztrácely“. Při nedostatečně přesně určené dráze by po několika letech nebylo možné ani spočítat, kde přesně na obloze se planetka nachází, a nebylo by možné ji nadále pozorovat. Současně s tím by hrozilo, že ji „objeví" někdo další, a v domnění, že se jedná o dosud neobjevenou planetku, by tak mohla dostat zcela jiné číslo a jméno.

V případě objektu A/2017 U1 (a dalších podobných případech v budoucnu) je ale evidentní, že dříve nebo později bude již tak daleko, že přestane být pozorovatelný definitivně, a ze stejného důvodu nehrozí ani jeho případná záměna za jinou planetku. Komise mezinárodní astronomické unie, která má na starosti malá tělesa Sluneční soustavy a jejich pojmenování , tedy rozhodla o vytvoření nové kategorie těles – mezihvězdných (interstelárních) objektů. Jejich číselné označení bude končit velkým písmenem I. Objekt A/2017 U1 tedy dostal číselné označení 1I, a současně s ním i jméno, které vybral tým provozující dalekohled Pan-STARRS, pomocí nějž byl objeven:  ʻOumuamua. 

Jméno je havajského původu a vyjadřuje, že se jedná o posla, který k nám byl vyslán z dávné minulosti.

První z mnoha?

Simulace vzniku naší Sluneční soustavy ukazují, že po vzniku velkých planet bylo do okolního mezihvězdného prostoru vymeteno 99 % zbývajících planetesimál, což představuje zhruba 10¹⁴ těles větších než 1 km (a o mnoho řádů více těch menších). Protože na základě pozorování exoplanet považujeme vznik planetárních systémů za zcela běžný doprovodný jev při vzniku hvězd, dá se očekávat, že každá vznikající hvězda nebo planetární systém vymetl do okolí srovnatelné množství planetesimál. 
Řádové odhady, vycházející z hustoty hvězd ve slunečním okolí a jednoduchého předpokladu, že tyto planetesimály jsou v okolním mezihvězdném prostoru rozmístěny rovnoměrně, pak vedou k závěru, že v každé sféře s poloměrem rovným vzdálenosti Slunce-Saturn, by se měly nacházet zhruba dvě takové planetesimály větší než 1 km! 

Přestože je případ objektu ʻOumuamua výjimečný tím, že jde o první takový známý objekt, řada odborníků je více překvapena faktem, že jsme podobné průlety již dávno nezaznamenali. Vysvětlení není úplně jednoduché, ale lze ho hledat v procesu, jakým se planetky objevují a sledují. 

Primárním cílem dnešních velkých prohlídkových observatoří, mezi které patří i prohlídka Pan-STARRS, jsou objevy blízkozemních planetek. Z několika prvních snímků pohybu objektu po obloze nelze stanovit ani přibližně jeho dráhu, ale lze vyhodnotit, jaká je šance, že právě daný objekt je blízkozemní planetkou. Pokud není tato šance příliš malá, do pozorování objektu se zapojují další observatoře na světě (a teprve z těchto pozorování zjistíme dráhu). Tím nejdůležitějším a pro někoho i nejzajímavějším, co jsme ve Sluneční soustavě objevovali, byly právě blízkozemní planetky. Pozorovací čas na žádném dalekohledu není zadarmo, a tudíž objektům, jejichž pohyb na první pohled prozrazoval, že to nejspíše blízkozemní planetky nebudou, nebyla věnována dostatečná péče. Je tak docela dobře možné, že nám až doposud unikaly.

S objevem prvního zástupce se možná přístup změní. Ve stavbě je navíc další obří prohlídkový dalekohled – Large Synoptic Survey Telescope – u nějž se očekává, že podobné interstelární objekty bude objevovat sám, bez asistence dalších observatoří. Otazník z nadpisu tohoto odstavce tak snad bude možné v budoucnu vymazat.

Složení A DALŠÍ VLASTNOSTI objektu

Znát složení takového mezihvězdného návštěvníka a možnost porovnat jej se složením malých těles naší Sluneční soustavy by bylo nedocenitelné. Ze složení „našich“ těles odvozujeme, jak a z čeho naše vlastní soustava vznikala; složení cizího tělesa by nám mohlo napovědět, jak moc byly dané podmínky stejné nebo rozdílné i u jiných planetárních systémů.

Vyslat k objektu sondu je – zejména díky rychlosti, kterou se vzdaluje – nereálné, a proto se musíme omezit pouze na pozorování vzdálené. Při něm se měří spektrum slunečního světla odraženého od povrchu tělesa. To se podařilo již týden po objevu tělesa několika týmům pracujícím s pětimetrovým dalekohledem na Palomarské observatoři ([1] a [2]) a dalekohledem s průměrem 4,2 m na La Palma.

Vzhledem k velké vzdálenosti a malé velikosti tělesa nejsou získané údaje příliš kvalitní, ale něco z nich vyvodit můžeme. Spektrum objektu připomíná spektra vzdálených objektů Kuiperova pásu za Neptunem, nebo Trojanů – planetek obíhajících okolo Slunce ve vzdálenosti Jupitera. Podobná spektra mají také jádra některých dnes již neaktivních komet.

Všechna tato tělesa mají jednu společnou charakteristiku – jde o tělesa, která mají (nebo alespoň při svém vzniku měla) velké zastoupení vodního ledu, a také různých organických látek. Právě tyto látky dávají spektrům těchto těles jejich charakteristický vzhled. Podobnost spekter samozřejmě ještě neznamená, že mezihvězdný návštěvník je nutně stejného složení. To by ihned vyvolávalo oprávněnou otázku – pokud jde o objekt podobný objektům z vnější části Sluneční soustavy, jak to, že blízký průlet okolo Slunce z něj lehké látky neuvolnil a neprojevil kometární aktivitu? Je ovšem možné, že tyto těkavé látky v minulosti měl a již o ně přišel. Minulost tohoto objektu samozřejmě vůbec neznáme.

Na zkoumání vlastností tohoto velice zajímavého cíle se ovšem v posledních týdnech zaměřila řada velkých dalekohledů, data z nich se ale teprve zpracovávají. Pomocí Discovery Channel Telescope s průměrem 4,3 m se podařilo přibližně určit rotační periodu, která je nejméně 5 hodin, a rovněž odhadnout tvar tělesa – ukazuje se, že objekt je značně protažen, s poměrem delší ke kratší straně asi 3:1 [6].

Snad v budoucnu budeme mít podobných případů více, aby nám kromě otázek poskytly i odpovědi.

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] MPEC 2017-V17 : NEW DESIGNATION SCHEME FOR INTERSTELLAR OBJECTS
[2] An Observational Upper Limit on the Interstellar Number Density of Asteroids and Comets
[3] Palomar Optical Spectrum of Hyperbolic Near-Earth Object A/2017 U1
[4] 1I/Oumuamua is Hot: Imaging, Spectroscopy and Search of Meteor Activity
[5] První návštěvník přilétající do Sluneční soustavy z mezihvězdného prostoru
[6] The rotation period and shape of the hyperbolic asteroid A/2017 U1 from its lightcurve