Voorstelling van 'Oumuamua, de mysterieuze bezoeker die in 2017 ons zonnestelsel aandeed, in de interstellaire ruimte.
ESO/M. Kornmesser

Mysterieuze interstellaire bezoeker 'Oumuamua is dan toch geen sonde van aliens

Sinds het in 2017 ontdekt werd, hangt er een waas van mysterie rond het eerste interstellaire object waarvan we weten dat het ons zonnestelsel bezocht heeft, een lang sigaarvormig lichaam dat de Hawaiaanse naam 'Oumuamua kreeg. Het was absoluut niet duidelijk hoe het die vreemde vorm had gekregen en sommige onderzoekers stelden zelfs dat het een onderzoekssonde van buitenaardse wezens zou geweest kunnen zijn. Een nieuwe studie stelt nu dat dergelijke objecten een volledig natuurlijke oorsprong hebben en gevormd kunnen worden door getijdenkrachten.  

1I/2017 U1, zoals 'Oumuamua officieel heet, werd voor het eerst waargenomen door het Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System 1 (Pan-STARRS1) in Hawaï. Het ging om het eerste interstellaire object - een object uit een ander zonnestelsel - dat we ooit gezien hadden en het leek absoluut niet op om het even welk object dat we kennen uit ons zonnestelsel. 

Uit waarnemingen met verschillende telescopen bleek om te beginnen dat 'Oumuamua geen enkele komeetachtige activiteit vertoonde - het had geen coma, de nevelige wolk van gassen en stof die ontstaat wanneer een komeet dicht bij de zon komt. Dat was vreemd, want volgens onze kennis van het ontstaan van zonnestelsels worden ijsachtige objecten zoals kometen veel makkelijker uit hun gast-zonnestelsel - het zonnestelsel waar ze ontstaan zijn - gestoten dan rotsachtige objecten. 

Vervolgens had het ook een extreem vreemde vorm: het was veel langer dan dik - de verhouding tussen de lengte-as en de as van de doormeter was 6 op 1 - en tenslotte bewoog het zich al tuimelend voort op een manier die niet gehoorzaamde aan de wetten van Kepler over de banen van hemellichamen. 

Die vreemde eigenschappen maakten dat sommige onderzoekers opperden dat 'Oumuamua mogelijk een sonde van aliens, buitenaardse wezens, zou geweest kunnen zijn, die op onderzoek gestuurd was in de interstellaire ruimte. 

Maar daar wilde Yung Zhang niet van weten. "Het is echt wel een mysterieus object, maar sommige kenmerken, zoals zijn kleuren en de afwezigheid van radiostralen, wijzen erop dat 'Oumuamua een natuurlijk object is", zo zei ze. Zhang is de belangrijkste auteur van de nieuwe studie, en postdoctoraal onderzoeker aan onder meer de National Astronomical Observatories van de Chinese Academie der Wetenschappen (NAOC) en het Observatoire de la Côte d'Azur (OCA).  

Kort na de ontdekking werd er dan ook al druk gespeculeerd waar het object vandaan zou komen en hoe het ontstaan zou kunnen zijn. Er werden verschillende processen voorgesteld om de oorsprong en de eigenaardigheden van 'Oumuamua te verklaren, maar geen enkele daarvan kon de vreemde vorm en voortbeweging afdoende verklaren. 

Illustratie van het proces van het uiteenrukken van een object door getijdenkrachten dat tot het ontstaan van objecten zoals 'Oumuamua kan leiden.
NAOC/OCA/Y. Zhang

Getijdenkrachten

Een van de scenario's, het uiteenrukken van een object door getijdenkrachten gevolgd door het uitstoten ervan, is een mogelijke manier om rotsachtige objecten uit een zonnestelsel te katapulteren.

In de ruimte komt een object soms erg dicht bij een groter object en de getijdenkrachten - de aantrekking door de zwaartekracht - van het grotere object kan kleinere objecten uit elkaar rukken, zoals dat het geval was met de komeet Shoemaker-Levy 9 toen die dicht in de buurt van de gasreus Jupiter met zijn enorme massa kwam. 

Maar het was absoluut niet zeker dat een dergelijk proces de vreemde eigenschappen van 'Oumuamua kon verklaren. Daarom besloot Zhang om begin 2019, toen 'Oumuamua ons zonnestelsel al een jaar opnieuw verlaten had en de gegevens van de waarnemingen door verschillende telescopen vrijgegeven waren, de krachten te bundelen met Douglas Lin, de tweede auteur van de studie en professor emeritus astronomie en astrofysica aan de University of California Santa Cruz (UC Santa Cruz).

Ze voerden hoge resolutie computersimulaties uit om een model te verkrijgen van de  structurele dynamieken van een object dat dicht bij een ster passeert en kregen al snel veelbelovende resultaten. Het bleek dat de ster het object kan doen uiteenvallen in uitgerekte, langwerpige fragmenten en die in de interstellaire ruimte kan uitstoten. 

De verhouding tussen de assen van die fragmenten bereikte 5 tegen 1 en kwam dus in de buurt van de 6 tegen 1 van 'Oumuamua, maar hoe Zhang en Yin ook probeerden de materiële en structurele eigenschappen van het oorspronkelijke kleine voorbijvliegende object aan te passen, ze geraakten nooit aan een meer langwerpig fragment.  

Beeld van de komeet Shoemaker-Levy 9 genomen door de Hubble telescoop op 17 mei 1994. De komeet is uiteengerukt in 21 fragmenten die over een afstand van 1,1 miljoen kilometer -drie keer de afstand tussen de aarde en de maan - achter elkaar op een ramkoers met Jupiter liggen.
NASA/ESA/H. Weaver, E. Smith (STScI)/Public domain

Komeetachtige baan en waterijs

Terwijl ze aan het worstelen waren met de vorm van de fragmenten, bekeken Zhang en Lin hoe de temperatuur van het oorspronkelijk object en de fragmenten zou evolueren tijdens de dichte nadering van de ster. 

Ze ontdekten dat het oppervlak van de fragmenten zou smelten op een zeer kleine afstand van de ster, en opnieuw zou condenseren en verdichten op grotere afstand. Daarbij zou dan een samenhangende korst gevormd worden die de structurele stabiliteit van de langwerpige vorm zou verzekeren.

De onderzoekers voerden onmiddellijk een aantal nieuwe simulaties uit om het effect van de verhoogde sterkte van het materiaal te testen, en ze ontdekten dat op die manier een verhouding tussen de lengte-as en de as van de doormeter van meer dan 10 tegen 1 mogelijk was, ruim meer dan de verhouding bij 'Oumuamua dus. 

De verdeling van de hitte tijdens het proces van het uiteenrukken van een object door getijdenkrachten verklaart ook nog een aantal andere zaken. De verhitting gedurende het proces verbruikt grote hoeveelheden vluchtige stoffen, wat de kleuren van het oppervlak van Oumuamua verklaart, zo zeggen de onderzoekers, en het feit dat het object geen zichtbare coma of staart had. 

Maar in het inwendige van de fragmenten zou de temperatuur slechts enkele dozijnen Kelvin bereikt hebben, ruim onder -200 graden Celsius, wat betekent dat vluchtige stoffen die slechts bij hoge temperaturen sublimeren, zoals waterijs, onder het oppervlak begraven kunnen blijven in een gecondenseerde vorm. 

De waarnemingen van 'Oumuamua toonden zoals gezegd geen zichtbare komeetachtige activiteit, en enkel water is een mogelijke bron voor het uitwasemen van gas (outgassing), dat een verklaring kan vormen voor de vreemde baan van 'Oumuamua die zich niet hield aan de zwaartekracht.

"Als 'Oumuamua gevormd is en uitgestoten door ons scenario van stellaire uiteenrukking door getijdenkrachten, zou er voldoende overblijvend waterijs geactiveerd kunnen worden gedurende zijn tocht door het zonnestelsel. De versnellingen door de uitwaseming van gas die daar een gevolg van is, komen overeen met de komeetachtige baan van 'Oumuamua", aldus Zhang.  

Een object dat op 'Oumuamua gelijkt en dat gevormd werd bij een computersimulatie van het scenario van een door de getijdenwerking van een ster uiteengerukt object.
..NAOC/OCA/Y. Zhang/achtergrond: ESO /M. Kornmesser)

100 biljoen 'Oumuamua's

Andere onderzoekers hebben uitgerekend dat er een extreem grote 'populatie' van interstellaire objecten zoals 'Oumumua moet bestaan. "De ontdekking van 'Oumuamua brengt met zich mee dat de populatie van rotsachtige interstellaire objecten veel groter is dan we vroeger dachten", zei Zhang. "Gemiddeld zou elk planetensysteem in totaal zo'n 100 biljoen objecten als 'Oumuamua moeten uitstoten." 

De onderzoekers moesten dus met een veel voorkomend scenario voor de dag komen dat dit soort van object kan produceren, en volgens Zhang zijn ze daarin geslaagd. "Het scenario van de fragmentatie door getijdenkrachten biedt niet enkel een manier om één enkele 'Oumuamua te vormen, maar verklaart ook de enorme populatie van asteroïde-achtige objecten", zo zei ze. 

De berekeningen van de onderzoekers tonen de efficiëntie aan van getijdenkrachten voor het produceren van dit type van object, zo zeggen ze. Mogelijke 'voorvaders', waaronder kometen met een lange omlooptijd, puinschijven en zelfs zogenoemde superaardes, kunnen getransformeerd worden tot stukken met de grootte van 'Oumuamua tijdens 'ontmoetingen' met sterren.

De studie ondersteunt dus de schattingen van een groot aantal op 'Oumuamua gelijkende interstellaire objecten. Aangezien deze objecten wel moeten passeren door de bewoonbare zones rond sterren, kan niet uitgesloten worden dat ze materie zouden kunnen vervoeren die in staat is om leven te genereren, een theorie die panspermia of panspermie genoemd wordt. 

"Dit is een erg nieuw veld", zei Zhang. "Deze interstellaire objecten zouden uiterst belangrijke aanwijzingen kunnen geven over hoe planetaire systemen gevormd worden en evolueren, en over hoe het leven begonnen is op aarde."

"'Oumuamua is slechts het tipje van de ijsberg", zei Lin. "We verwachten dat er nog veel meer interstellaire bezoekers met gelijkaardige kenmerken ontdekt zullen worden door de toekomstige waarnemingen van het op stapel staande Vera C. Rubin Observatory."

Astronoom Matthew Knight van de US Naval Academy, die daar een van de leiders is van het 'Oumuamua International Space Science team en die niet betrokken was bij de studie, zei dat dit werk "opmerkelijk goed is in het verklaren van een aantal ongewone eigenschappen van 'Oumuamua met een enkel, coherent model." 

"Als de komende jaren er interstellaire objecten ontdekt zullen worden, zal het zeer interessant zijn om te zien of er bij zijn die 'Oumuamua-achtige eigenschappen vertonen. Als dat het geval is, kan dat erop wijzen dat de processen die in deze studie beschreven worden, wijdverspreid zijn", zo zei hij. 

Yun Zhang is alvast tevreden dat er geen beroep moet worden gedaan op buitenaardse wezens om de eigenaardigheden van 'Oumuamua te verklaren. "Per slot van rekening hebben we getoond dat al de kenmerken van 'Oumuamua op een consistente manier verklaard kunnen worden door een natuurlijke oorsprong. Er is geen 'alien-verklaring' nodig", zo zei ze.

De studie van Zhang en Yin is gepubliceerd in Nature Astronomy. Dit artikel is gebaseerd op een persbericht van UC Santa Cruz en een tekst van Zhang in de Nature Research Astronomy Community.

Opname door de Hubble-telescoop van de puinschijf rond de ster Fomalhaut.
NASA/ESA/P. Kalas (University of California, Berkeley, USA)/Public domain