Ett team av astronomer ledda av Coryn Bailer-Jones från Max Planck Institute for Astronomy har spårat det interstellära objektet 'Oumuamua till flera möjliga hemstjärnor. Objektet upptäcktes i slutet av 2017 – detta var första gången astronomer har kunnat observera ett astronomiskt objekt från ett annat stjärnsystem som besöker vårt eget solsystem. Bailer-Jones och hans kollegor använde data från ESA:s astrometrisatellit Gaia för att hitta fyra troliga stjärnor där 'Oumuamua kunde ha börjat sin långa resa, mer än en miljon år sedan.

Upptäckten av det interstellära objektet som nu är känt som 'Oumuamua i oktober 2017 var en premiär:för första gången, astronomer kunde besöka ett interstellärt objekt som besökte vårt solsystem. Tyvärr, besökaren fångades först när den gick, men astronomer kunde fortfarande använda markbaserade teleskop och rymdteleskop för att mäta objektets rörelse.

Nu, en grupp astronomer ledda av Coryn Bailer-Jones har lyckats backa 'Oumuamuas rörelse och identifiera fyra kandidatstjärnor där det interstellära objektet kunde ha sitt ursprung. Tidigare studier hade försökt liknande rekonstruktioner av 'Oumuamuas ursprung, men hade inte kommit på rimliga kandidater.

En avgörande ny ingrediens

Dessa tidigare studier saknade en avgörande ingrediens:i juni 2018, en grupp ledd av ESA-astronomen Marco Micheli hade visat att 'Oumuamuas omloppsbana inom solsystemet inte är den för ett föremål i fritt fall, det är, av ett föremål som rör sig uteslutande under påverkan av gravitationen. Istället, det fanns en viss ytterligare acceleration när objektet var nära solen. Den troliga förklaringen är att 'Oumuamua har en viss likhet med en komet – med is som, när tillräckligt uppvärmd av solljus, producerar gas som i sin tur accelererar källobjektet som en extremt svag raketmotor. Även om den var svag – avgasningen var inte synlig på bilder som den är med kometer nära solen – är den för stor för att ignoreras när man backar omloppsbanan.

Den nya studien av Bailer-Jones och kollegor tar hänsyn till hur 'Oumuamuas bana har förändrats när objektet passerade nära solen, ge astronomerna en exakt uppskattning av riktningen objektet kom från ursprungligen, samt hastigheten med vilken den kom in i vårt solsystem.

Utnyttja Gaias skattkammare av data

Det kan ta hand om hur 'Oumuamua kom in i solsystemet, men hur är det med stjärnorna den mötte på vägen, och deras kombinerade gravitation som kommer att ha påverkat objektets bana? För denna del av rekonstruktionen, Bailer-Jones använde sig av en skattkammare av data som ESA:s Gaia-uppdrag släppte just i april, Gaias Data Release 2 (DR2). Som ledare för en av grupperna som ansvarar för att förbereda Gaia-data för användning av det vetenskapliga samfundet, Bailer-Jones är mycket bekant med denna specifika datamängd. Särskilt, DR2 innehåller exakt information om positioner, rörelse på himlen, och parallax (som ett mått på avstånd), för 1,3 miljarder stjärnor. För sju miljoner av dessa, det finns också information om stjärnans radiella hastighet, det är, dess rörelse direkt bort från eller mot oss. Med hjälp av den astronomiska databasen Simbad, astronomerna inkluderade ytterligare 220 000 stjärnor i sin studie, för vilken radiell hastighet endast är tillgänglig från Simbads databas.

Nästa, astronomerna tittade på ett ungefärligt spår tillbaka:ett förenklat scenario där både 'Oumuamua och alla stjärnorna rör sig längs raka linjer, vid konstanta hastigheter. Från detta scenario, de valde ut cirka 4500 stjärnor som var lovande kandidater för ett närmare möte med 'Oumuamua. Sedan kom nästa steg:att spåra tidigare motioner för dessa kandidater, och för 'Oumuamua med en utjämnad version av gravitationsinflytandet av all materia i vår hemgalax ("den utjämnade galaktiska potentialen").

Söker kandidatbostäder

Olika studier hade redan föreslagit att 'Oumuamua kastades ut från sin hemstjärnas planetsystem under planetbildningsfasen, när det fanns många små föremål ("planetesimals") som flög runt som interagerar med jätteplaneter i systemet. Objektets hemstjärna kommer sannolikt att ha två nyckelegenskaper:att spåra tillbaka 'Oumuamuas bana kommer att leda oss direkt tillbaka till, eller åtminstone mycket nära, hemmastjärnan. Dessutom, den relativa hastigheten för 'Oumuamua och dess hemstjärna kommer sannolikt att vara jämförelsevis långsam – föremål kastas vanligtvis inte ut från sina hemsystem med höga hastigheter.

Bailer-Jones och hans kollegor hittade fyra stjärnor som är möjliga kandidater för 'Oumuamuas hemvärld. Alla fyra är dvärgstjärnor. Den som kom närmast 'Oumuamua, för minst en miljon år sedan, är den rödaktiga dvärgstjärnan HIP 3757. Den närmade sig inom cirka 1,96 ljusår. Med tanke på de osäkerheter som saknas i denna rekonstruktion, det är tillräckligt nära för att 'Oumuamua ska ha sitt ursprung från dess planetsystem (om stjärnan har ett). Dock, den förhållandevis höga relativa hastigheten (cirka 25 km/s) gör det mindre troligt att detta är 'Oumuamuas hem.

Nästa kandidat, HD 292249, liknar vår sol, var lite mindre nära objektets bana för 3,8 miljoner år sedan, men med en mindre relativ hastighet på 10 km/s. De två ytterligare kandidaterna träffade 'Oumuamua för 1,1 och 6,3 miljoner år sedan, respektive, vid mellanhastigheter och avstånd. Dessa stjärnor har tidigare katalogiserats av andra undersökningar, men lite är känt om dem.

Ytterligare vägbeskrivningar

Även om dessa fyra är rimliga kandidater, den rökande pistolen saknas fortfarande. För att kasta ut 'Oumuamua med de observerade hastigheterna, hemsystemet skulle ha behövt ha en passande jätteplanet som kunde slunga 'Oumuamua in i rymdens djup. Än så länge, ingen sådan planet har upptäckts runt dessa stjärnor – men eftersom ingen av stjärnorna har undersökts noggrant för planeter hittills, som mycket väl kan förändras i framtiden.

Studien är också begränsad av det begränsade antalet radiella hastigheter som ingår i Gaias andra datautgåva. Gaias tredje släpptes, planerad till 2021, bör tillhandahålla sådana data för ett urval av stjärnor tio gånger större, vilket kan leda till att ytterligare kandidater identifieras. Sökandet efter 'Oumuamuas hem fortsätter. Studien som presenteras här presenterar intressanta kandidater, men vi har inte riktigt följt vår interstellära besökare hem hela vägen, än.

Verket som beskrivs här accepteras för publicering i Astrofysisk tidskrift som Bailer-Jones et al. 2018, "Plausibla hemstjärnor för det interstellära objektet 'Oumuamua hittades i GaiaDR2."