星际天体 1I/'Oumuamua、2I/Borisov 和 3I/Atlas现在朝哪里去了？
3I/ATLAS彗星。图片来源：uux.cn美国国家航空航天局/欧洲航天局/大卫·朱维特（加州大学洛杉矶分校）/图像处理：Joseph DePasquale（STScI）
（神秘的地球uux.cn）据《今日宇宙》（马修·威廉姆斯）：在过去的十年里，天文学家目睹了三个星际物体（ISO）穿过太阳系。其中包括2017年神秘的“Oumuamua”，2019年的星际彗星2I/Borisov和2025年7月的3I/ATLAS。根据最近的观测，这个最新的物体似乎也是一颗彗星，这表明它在接近太阳时正在积极释放水蒸气。
这些物体的探测，以前是理论化的，但从未被观测到，引起了人们对ISO起源、动力学以及它们离开太阳系后可能走向何方的兴趣。
由于小行星和彗星本质上是行星形成过程中留下的物质，研究ISO可以揭示其他恒星系统的情况，而无需向那里发送星际任务。
在最近发表在《天文学与天体物理学》杂志上的一篇论文中，Shokhruz Kakharov和Abraham Loeb教授计算了所有三位星际访客的轨迹，以确定他们来自哪里并应用年龄限制。他们的结果表明，这些等轨卫星起源于银河系盘面的不同区域，年龄从10亿年到数十亿年不等。
Kakharov是哈佛大学天文学系的研究生，他的工作包括研究星际物体、旅行者号等航天器的轨迹、直接成像和河外暗物质的通量。Loeb教授是哈佛大学Frank B.Baird Jr.科学教授，也是哈佛和史密森天体物理中心（CfA）理论与计算研究所（ITC）所长。
Oumuamua的发现开启了天文学的一场革命，证实了ISO的存在，并激发了人们对它们进行更深入研究的努力。正如Kakharov通过电子邮件告诉《今日宇宙》的那样，他们也改变了我们对银河系动力学和行星系统形成的理解。
Kakharov解释说：“在2017年1I/'Oumuamua发现之前，我们没有直接证据表明其他恒星系统的物体可以到达我们的太阳系。这些访客提供了来自遥远行星系统的独特材料样本，提供了我们无法通过远程观测获得的系外行星材料的化学成分和物理性质的见解。”。
“它们也是星际介质和星系动力学的天然探测器，揭示了数十亿年来塑造恒星种群的引力相互作用。”
由于小行星和彗星本质上是行星系统形成过程中留下的物质，因此对ISO的研究使研究其他恒星系统成为可能，而无需进行星际任务。
目前，将航天器发送到邻近恒星系统的唯一可行手段是克级航天器和光帆，它们通过直接能量阵列加速到光速的一小部分。例子包括突破计划的Starshot和星际研究所的Swarming Proxima Centauri概念。
虽然这些任务概念可以在人类一生中到达最近的恒星（比邻星），但它们的安装成本非常高，而且我们还需要几十年的时间才能了解邻近恒星系统的情况。
但正如“Oumuamua”、2I/Borisov和3I/ATLAS所证明的那样，ISO定期穿过我们的太阳系，每一个都提供了独特的研究机会。确定每个ISO的起源是了解银河系恒星种群多样性和动态的第一步。
Kakharov说：“了解ISO的起源为解释它们的物理和化学性质提供了更深入的背景。例如，知道3I/ATLAS可能起源于一个古老的恒星群，表明它可能经历了与年轻天体不同的进化过程。
“这些信息有助于我们了解行星系统结构的多样性以及物体被喷射到星际空间的条件。此外，追踪它们的起源有助于识别潜在的源区和喷射机制，无论是通过引力散射、恒星演化还是其他动力过程。”
为了达到他们的目的，Kakharov和Loeb使用GalPot星系势模型进行了一系列蒙特卡洛数值模拟，GalPot银河势模型是一个旨在计算星系引力势的软件包：
“对于每个ISO，我们通过对其速度的观测不确定性和相对于当地静止标准的太阳运动的系统不确定性进行采样，生成了10000个不同的可能轨迹。我们将每个轨迹在银河系的引力势中整合了10亿年，以确定它们与银河系平面的最大垂直偏移。这种统计方法提供了对其轨道参数的稳健估计，并解释了长期轨道预测中固有的重大不确定性。”
由此，他们能够对这三个星际物体的轨迹进行数值积分，并将其与潜在的恒星群联系起来。
Kakharov说：“我们的分析表明，这三个ISO来自不同年龄和星系位置的不同恒星群。”。
他们的结果表明，3I/ATLAS是三个中最古老的，中位年龄为46亿年，起源于银河系的厚盘。这个组件比星系的薄盘（我们的太阳所在的地方）厚，并且由较老、金属丰度较低的恒星组成。
相比之下，1I/'Oumuamua相对年轻，大约有10亿年的历史，起源于仍在形成新恒星的薄盘。2I/Borisov的年龄介于两者之间，约17亿年，起源于薄盘。
Kakharov说：“这种多样性表明，在整个星系的历史中，ISO都是从行星系统中弹出的，而不仅仅是从年轻的、最近形成的系统中弹出。”。
由于新的观测设施将在未来几年投入使用，这些结果也为未来的发展提供了预览。
Kakharov指出：“维拉·C·鲁宾天文台的遗留空间和时间调查（LSST）将大大提高ISO探测率，每年可能发现数十个新的星际物体。未来的任务，如欧洲航天局的彗星拦截器，可能有助于ISO进行原位分析。这些设施将能够对ISO种群进行统计研究，使我们能够了解它们在不同恒星环境中的频率、分布和多样性。”
