Sedan upptäckten 2017, en luft av mystik har omringat det första kända interstellära objektet som besökte vårt solsystem, en långsträckt, cigarrformad kropp som heter 'Oumuamua (hawaianska för "en budbärare från fjärran som anländer först").

Hur bildades den, och var kom det ifrån? En ny studie publicerad 13 april i Natur astronomi ger ett första heltäckande svar på dessa frågor.

Förste författare Yun Zhang vid National Astronomical Observatories of the Chinese Academy of Sciences och medförfattare Douglas N. C. Lin vid University of California, Santa Cruz, använde datorsimuleringar för att visa hur objekt som 'Oumuamua kan bildas under påverkan av tidvattenkrafter som de som känns av jordens hav. Deras bildningsteori förklarar alla 'Oumuamuas ovanliga egenskaper.

"Vi visade att 'Oumuamua-liknande interstellära objekt kan produceras genom omfattande tidvattensfragmentering under nära möten av deras moderkroppar med deras värdstjärnor, och sedan kastas ut i det interstellära rymden, sa Lin, professor emeritus i astronomi och astrofysik vid UC Santa Cruz.

Upptäcktes den 19 oktober, 2017, av Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System 1 (Pan-STARRS1) på Hawaii, "Oumuamua liknar absolut ingenting annat i vårt solsystem, enligt Zhang. Dess torra yta, ovanligt långsträckt form, och förbryllande rörelser fick till och med vissa forskare att undra om det var en främmande sond.

"Det är verkligen ett mystiskt föremål, men några tecken, som dess färger och frånvaron av radiostrålning, peka på 'Oumuamua är ett naturligt objekt, " sa Zhang.

"Vårt mål är att komma med ett heltäckande scenario, baserad på väl förstådda fysiska principer, att pussla ihop alla lockande ledtrådar, " sa Lin.

Astronomer hade förväntat sig att det första interstellära objekt de upptäckte skulle vara en isig kropp som en komet. Isiga föremål som de som befolkar Oorts moln, en reservoar av kometer i de yttersta delarna av vårt solsystem, utvecklas på mycket stora avstånd från sina värdstjärnor, är rika på flyktiga ämnen, och kastas ofta ut ur sina värdsystem av gravitationsinteraktioner. De är också mycket synliga på grund av sublimeringen av flyktiga föreningar, som skapar en komet koma (eller "svans") när den värms upp av solen. 'Oumuamuas torra utseende, dock, liknar steniga kroppar som solsystemets asteroider, indikerar ett annat utstötningsscenario.

Andra forskare har beräknat att det måste finnas en extremt stor population av interstellära objekt som 'Oumuamua. "Upptäckten av 'Oumuamua antyder att populationen av steniga interstellära objekt är mycket större än vi tidigare trott, " sa Zhang. "I genomsnitt, varje planetsystem borde skjuta ut totalt cirka hundra biljoner objekt som 'Oumuamua. Vi måste konstruera ett mycket vanligt scenario för att producera den här typen av objekt."

När en mindre kropp passerar mycket nära en mycket större, tidvattenkrafter från den större kroppen kan slita isär den mindre, som hände med kometen Shoemaker-Levy 9 när den kom nära Jupiter. Tidvattenavbrottsprocesserna kan skjuta ut en del skräp i det interstellära rymden, som har föreslagits som ett möjligt ursprung för 'Oumuamua. Men huruvida en sådan process kunde förklara 'Oumuamuas förbryllande egenskaper förblev högst osäkert.

Zhang och Lin körde högupplösta datorsimuleringar för att modellera den strukturella dynamiken hos ett objekt som flyger nära en stjärna. De fann att om föremålet kommer tillräckligt nära stjärnan, stjärnan kan riva den i extremt långsträckta fragment som sedan kastas ut i det interstellära rymden.

"Den långsträckta formen är mer övertygande när vi betraktade variationen av materialstyrka under stjärnmötet. Förhållandet mellan lång axel och kort axel kan vara ännu större än tio till en, " sa Zhang.

Forskarnas termiska modellering visade att ytan av fragment som härrörde från störningen av den ursprungliga kroppen skulle smälta på ett mycket kort avstånd från stjärnan och återkondensera på större avstånd, och bildar därigenom en sammanhängande skorpa som skulle säkerställa den långsträckta formens strukturella stabilitet.

"Värmediffusion under stjärnens tidvattenavbrottsprocess förbrukar också stora mängder flyktiga ämnen, vilket inte bara förklarar 'Oumuamuas ytfärger och frånvaron av synlig koma, men belyser också den antagna torrheten hos den interstellära befolkningen, " sa Zhang. "Ändå, några flyktiga ämnen med hög sublimeringstemperatur begravda under ytan, som vattenis, kan förbli i en kondenserad form."

Observationer av 'Oumuamua visade ingen kometaktivitet, och endast vattenis är en möjlig utgasningskälla för att förklara dess icke-gravitationella rörelse. Om 'Oumuamua producerades och kastades ut av scenariot med Zhang och Lin, mycket kvarvarande vattenis kunde aktiveras under dess passage genom solsystemet. Den resulterande avgasningen skulle orsaka accelerationer som matchar 'Oumuamuas kometliknande bana.

"Scenariot med tidvattenfragmentering ger inte bara ett sätt att bilda en enda 'Oumuamua, men står också för den stora populationen av asteroidliknande interstellära objekt, " sa Zhang.

Forskarnas beräkningar visar effektiviteten hos tidvattenkrafter för att producera denna typ av föremål. Möjliga stamfader, inklusive långtidskometer, skräpskivor, och till och med superjordar, kunde förvandlas till pjäser i Oumuamua-storlek under stjärnmöten.

Detta arbete stöder uppskattningar av en stor population av 'Oumuamua-liknande interstellära objekt. Eftersom dessa objekt kan passera genom domänerna av beboeliga zoner, möjligheten att de skulle kunna transportera materia som kan generera liv (kallad panspermia) kan inte uteslutas. "Detta är ett väldigt nytt fält. Dessa interstellära objekt kan ge viktiga ledtrådar om hur planetsystem bildas och utvecklas, " sa Zhang.

Enligt Lin, "'Oumuamua är bara toppen av isberget. Vi förväntar oss att många fler interstellära besökare med liknande egenskaper kommer att upptäckas genom framtida observationer med det kommande Vera C. Rubin-observatoriet."

US Naval Academy-astronomen Matthew Knight, som är medledare för 'Oumuamua International Space Science Institute-teamet och inte var involverad i den nya studien, sa att detta arbete "gör ett anmärkningsvärt jobb med att förklara en mängd ovanliga egenskaper hos 'Oumuamua med en singel, sammanhängande modell."

"När framtida interstellära objekt upptäcks under kommande år, det kommer att bli mycket intressant att se om någon uppvisar 'Oumuamua-liknande egenskaper. Om så är fallet, det kan tyda på att de processer som beskrivs i denna studie är utbredda, " sa Knight.