Новая гипотеза о происхождении первого зафиксированного вблизи Солнца межзвёздного астероида заключается в том, что это фрагмент «экзоплутона» — объекта пояса Койпера другой звезды. Он состоит из азотного льда и был выброшен из своей молодой звёздной системы в рукаве Персея примерно 500 миллионов лет назад.
Оумуамуа (ʻOumuamua) — один из двух известных на сегодня «межзвёздных объектов», залетевших в пределы Солнечной системы. Он был обнаружен в 2017 году и как первый объект такого рода получил обозначение 1I/2017 U1 и — позже — собственное имя 1I/ ʻOumuamua. Второй такой объект — межзвёздная «комета» Борисова с обозначением C/2019 Q4, или 2I /Borisov, открытая в 2019 году. На происхождение этих объектов из-за пределов Солнечной системы указывают прежде всего их элементы орбиты: гиперболические траектории и скорости, нехарактерные для объектов Солнечной системы, даже для долгопериодических комет из облака Оорта. Так, Оумуамуа движется со скоростью ≈26 км/сек (расчётное ассимптотическое значение на большом удалении от Солнца), что близко к средней скорости движения звёздного вещества в окрестностях Солнца, или локальному стандарту покоя. Объект открыли уже после прохождения им перигелия , и на протяжении 2018 года он удалился слишком далеко для наблюдений даже на телескопе Hubble.
Происхождение Оумуамуа, как и кометы Борисова, неясно. Предполагается, что он мог зародиться в какой-то из звёздных систем или в межзвёздном молекулярно-газовом облаке. Гипотезы о его происхождении должны укладываться в некие рамочные параметры исходя из наблюдаемых свойств и траектории. Одна из таких загадок — «негравитационное ускорение»: объект, уже попав в поле наблюдения внутри Солнечной системы, движется с ускорением, которое нельзя объяснить только гравитационными манёврами вокруг Солнца. Если не рассматривать всерьёз версию о «межзвёздном космическом корабле», правдоподобное объяснение такому свойству находили в испарении летучих веществ, например, водорода под действием Солнца — то же, что происходит с ледяными кометами вблизи их перигелия. Этот вклад в ускорение очень мал и для подобных объектов (комет и астероидов Солнечной системы) составляет менее десятитысячной части гравитационного ускорения (10−6 —10−7 м/сек2) Тем не менее такие поправки фиксируют и по ним можно оценить, какое количество газа испаряется с поверхности комет, то есть сделать вывод об их размерах и составе. Негравитационное ускорение астероида Оумуамуа оказалось аномально большим по сравнению с обычными кометами (но всё равно это доли процента от гравитационных сил). Для такого ускорения необходимо испарение слишком большой массы льда в единицу времени, и доступными наблюдениями это не подтверждается.
Некоторые теории предполагают, что неравномерное испарение с разных частей объекта может привести к получению им дополнительного реактивного импульса; в свою очередь такое неравномерное испарение может быть за счёт «неправильной» формы объекта. На рисунках астероид представляют в двух вариантах: или сильно вытянутым (в виде бревна), или уплощённым (в виде блина). Оба варианта согласуются с формой его световой кривой — периодическим изменением во времени его светимости (на открывающем рисунке): возможно, он летит кувыркаясь, а не как в меру изометричное тело типа астероида.
Эти аномальные свойства астероида оказалось возможным объяснить, предположив, что Оумуамуа частично состоит из водородного льда H2. Гипотеза получила популярность, и её авторы показали, что астероид за счёт испарения под действием Солнца мог бы получить как раз наблюдаемое негравитационное ускорение, если бы на его поверхности доля льда составляла до 6%. Но недавно на основании моделирования физических свойств астрофизики показали, что такой объект не смог бы преодолеть путь в межзвёздном пространстве до Солнечной системы — его ледяное вещество быстро испарилось бы по дороге (об этом есть отдельная статья).
Астрофизики из университета Аризоны (ASU) предложили новое объяснение. Они рассмотрели гипотезу, согласно которой Оумуамуа также состоит из льда (по крайней мере поверхностные слои), но азотного N2. Азотный лёд не так сильно испаряется во время путешествия в межзвёздном пространстве (для сохранности водородного льда необходима температура около 3K, а азот гораздо более устойчив во время перелёта). Источник такого льда в Солнечной системе и её аналогах также выглядит правдоподобно — это ледяные тела в поясе Койпера наподобие Плутона или даже некоторые спутники планет, например, Тритон или Титан с их атмосферами из азота и метана. Исследователи рассчитали комбинации размеров и отражающей способности поверхности (альбедо), которые отвечали бы такому объекту, и вычислили его размер и массу перед входом в Солнечную систему. Затем эти данные сравнили с размерами и (предполагаемой) формой Оумуамуа. Также проверялись альтернативные гипотезы: насколько достоверным выглядит предположение о его азотном составе по сравнению с другими вариантами, например, с «типичной» кометой или телом, наполненным водяным льдом. Наконец, смоделировали механизм, благодаря которому Оумуамуа оказался за пределами своей звёздной системы. Исследование опубликовано в марте 2021 года в Journal of Geophysical Research: Planets в двух связанных работах (статья 1, статья 2).
Астрономы определили, какое негравитационное ускорение должны иметь тела, сложенные разными типами льда и показали, что объект из азотного льда удовлетворяет вилкам ограничений по ускорению, размерам и альбедо Оумуамуа, а также объясняет отсутствие у него выбросов углекислого газа, моноксида углерода (CO) или пыли. Межзвёздный астероид на момент наблюдения мог быть небольшим телом размером 45×45×7,5 метров. Его альбедо похоже на значения у таких тел, как Плутон и Тритон. Оценки показывают, что он был выброшен 0,4—0,5 миллиарда лет назад из молодой звёздной системы, возможно, расположенной в рукаве Персея нашей Галактики.
Кроме того, исследователи промоделировали возможность зарождения и выброса таких объектов из звёздных систем. Удары по поверхности плутонообразных тел пояса Койпера в Солнечной системе могли бы приводить к образованию миллиардов таких фрагментов (авторы приводят оценку 1014 фрагментов в системе, похожей на Солнечную). Около половины из них были бы обломками, состоящими из водяного льда, и около половины — из азота. Такие столкновения могли случаться из-за динамической нестабильности в ранней Солнечной системе, что приводило к разрушению тел пояса Койпера. Таким образом, Оумуамуа может происходить от «экзоплутона», то есть объекта из пояса Койпера другой звёздной системы, и подобные объекты и динамика могут быть достаточно универсальными у других звёзд. Экзопланеты такого типа пока что неизвестны, и вряд ли их можно обнаружить на современном уровне астрономических наблюдений. Галактическое излучение на протяжении 4,5 миллиардов лет разрушает такие объекты, так, что они должны составлять небольшую часть (около 0,1%) долгопериодических комет из облака Оорта. Согласно недавним оценкам астрономов, ежегодно Солнечную систему должно посещать в среднем около семи межзвёздных объектов, подобных астероиду Оумуамуа и комете Борисова.
