在GAIA的数据宝藏中找寻’Oumuamua可能的故乡
自从已知的第一个星际访客`Oumuamua被人发现以来，这个外形古怪、运动形式特殊的小天体就一直是天文学家的热门关注对象。如果说它那极高的双曲线轨迹偏心率与近日点飞掠速度暗示了太阳系之外的异星起源，一个自然而然的疑问就是：`Oumuamua的母星究竟位于何方？
`Oumuamua在2017年10月被发现前后的运行轨迹。（图片提供：NASA）
但这个问题并不能通过简单反推`Oumuamua的运动轨迹来回答，因为宇宙中的恒星都在不停地运动着。在`Oumuamua花费数十万年穿越星际空间抵达太阳系之后，它的母星早已离开了原先的位置。所以要想可靠地判断这颗星际彗星从何而来，各个恒星准确的位置和运动数据都必不可少。
幸运的是，GAIA天体测量卫星的到来为谜题的解决带来了曙光。就在2018年4月，GAIA团队刚刚公布了第二批数据，涵盖了相当于整个银河系1.7%以上的30亿颗恒星，其中更有700万颗不仅具备天球坐标、距离和自行数据，还有视向速度测量，这意味着我们可以据此获知这批恒星过去可能走过的轨迹。如果某颗星的轨迹线与`Oumuamua相交，那么它就可能是后者的故乡。
这正是马普天文所的Coryn Bailer-Jones等人最近一项尝试的核心所在。当然，实际操作起来需要顾及的问题还是很多的，首当其冲的就是`Oumuamua本身的运动方式——有明确的实测证据表明，这个天体的行为并不仅仅受引力的支配，这对于一颗彗星来说倒也还算正常；但麻烦在于现有数据不仅无法敲定非引力作用的起源，还只涵盖了它远离太阳而去的最初阶段，剩余的部分就只好依赖不同的模型猜测来解决了。
不同受力模型给出的`Oumuamua过近日点前后的运动轨迹，其中JPL13代表纯引力模型，其他模型都考虑了非引力效应。（图片来源：Bailer-Jones et al. 2018）
然后就是在GAIA的700万颗有视向速度测定的恒星（以及Simbad提供的部分恒星）中寻找在过去曾与`Oumuamua的可能轨迹发生过交会的样本了。这里说的交会，定义是两个天体相距2秒差距之内——0.5秒差距是太阳系奥尔特云的大致尺度，不过考虑星际引力势的不确定性，这里将标准进一步放松，只要按照上图的2k=2模型，最近间距不足2秒差距即可。
在GAIA释放的第二批数据中，符合以上要求的恒星共有28颗。幸运的是，以`Oumuamua现有各种可能的运动模型，得出的恒星交会结果都十分接近。在此基础上，交会速度是下一个选择标准。一般认为，彗星式的天体毋需太剧烈的相互作用（进而是较大的速度改变）就可以被抛出母星系统。而`Oumuamua相对本地静止标准（LSR）的速度不算太高，这样的速度就反映了它的年龄。这是因为邻近的天体在诞生之初，都不会具有太快的相对速度；而随着时间的推移，在其他恒星、银河系旋臂以及星云的扰动下，天体速度日益增加。若`Oumuamua与某颗恒星的交会速度过大，它就不太会与前者具有实质性的关联。
28颗曾与`Oumuamua发生过近距离交会的恒星数据。图中横轴为发生交会的时间，纵轴为交会距离，各数据点颜色越浅，则交会速度越大。（图片来源：Bailer-Jones et al. 2018）
在前述28颗恒星中，根据2k=2模型，交会距离最近的是在99万年前曾与`Oumuamua从0.6秒差距外擦肩而过的HIP 3757，这是一颗高自行的M型矮星，距离太阳只有25秒差距，此外其他模型给出的速度适宜的最近交会恒星还有Gaia DR2 2502921019565490176；交会速度最慢的则是520万年前遭遇的Gaia DR2 4899996487129314688，只有每秒6.5千米，但如果进一步要求所有运动模型给出的交会距离中值不足2秒差距，最慢的则是类太阳恒星HD 292249，速度也不过每秒10千米有余。再结合Simbad数据库，Gaia DR2 3666992950762141312也是另一个看上去还不错的可能性。
所以HIP 3757、HD 292249、Gaia DR2 2502921019565490176与3666992950762141312被视为现有数据中`Oumuamua可能的来源。但是必须挑明的是，这只是凭借有限的自行速度数据作出的初步分析，并不代表这个星际小天体一定来自四者之中的某一个周围，毕竟还有更多的恒星没有被囊括在搜索对象中。
`Oumuamua可能的4颗母星与太阳和`Oumuamua本身在过去700万年间的相对运动轨迹。（图片提供：Bailer-Jones et al, 2018 ）
而究竟是什么原因让`Oumuamua从母星系统中逃逸出去？可行的机制有很多，比如巨行星或双星系统伴星导致的散射、其他恒星的近距离通过等等，不过鉴于伴星散射最容易带来观测所见的特征速度，这种可能性更大。
估计表明，不到3万年之后，就在`Oumuamua彻底离开太阳系后不久，它将再度遭遇一颗M型矮星Ross 248（这也是当前距离太阳最近的恒星之一），这次的交会距离还不到0.46秒差距，但相对速度每秒超过100千米。之后的历次恒星交会都将以高速度和较近距离作为特点，与数百万年前的低速事件完全不同。
