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哈勃望远镜测量星际物体 3I/ATLAS 核心并对形成理论提出挑战

作者 Redação • 2026年3月28日 • 1 min de leitura

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照片: telescópio espacial Hubble - BobNoah/shutterstock.com

星际物体 3I/ATLAS 最初由位于智利的天文监测系统于 2025 年 7 月发现，这一发现继续动员国际科学界。该天体具有独特的特性，需要使用哈勃和詹姆斯·韦伯太空望远镜等高精度设备进行连续观测。来自我们行星系统之外的天体的通过提供了对构成银河系其他区域的物质进行物理分析的机会。

航天机构最新获得的数据表明，彗核的有效半径约为1.3公里，误差范围为0.2公里。这一基本测量使天文学家能够计算出每立方厘米 0.5 克的估计密度，该值被认为是已知彗星核的标准值，但在处理星际访客时获得了新的相关性。这些物理尺寸的确认排除了最初的假设，即该物体可能是一个小得多且高度反射的碎片。

根据这些物理尺寸，计算出该物体的总质量约为 4.6 乘以 10 的 15 克次方。具有相似比例的星际天体数量密度达到接近每立方天文单位的7乘以10的-3次方的值。如此大量的物质在深空中徘徊，导致空间质量密度约为每立方厘米 10 的 -26 克次方，这个数字引起了负责银河映射和恒星物质解释的研究人员的兴趣。

详细的测量为了解从其母恒星系统喷射出来的天体的动力学奠定了坚实的基础。正在进行的 3I/ATLAS 研究可以与绕太阳运行的行星和小行星中发现的化学元素进行直接比较。对物体反射的光进行光谱分析不仅有助于确定其尺寸，还有助于确定核心在受到我们系统的重力和热力作用时的旋转速率和结构完整性。

彗核的详细分析

太空望远镜捕获的高分辨率图像提供了将核心与周围彗发的强烈辉光隔离开所需的清晰度。 1.3 公里的尺寸与计算出的密度相结合，为星际物体的总质量建立了可靠的物理参数。这些仪器的准确性至关重要，因为喷射的灰尘经常遮盖接近冰体的固体表面。

太空中类似天体的估计数量表明，在整个银河系历史中，富含重元素的物质不断产生。其他观察结果表明，彗发以及气体和尘埃的射流对天体在真空中传播时的总反射率有显着贡献。观测到的质量损失率有助于模拟星际空间中这种尺寸物体的寿命。

光学仪器可视化的结构包括在太空中延伸很远距离的合并喷流。当物体接近行星系统最热的区域时，这些物质排放直接受到与太阳风的热和机械相互作用的影响。发射模式表明彗星地壳下方不规则分布着一些挥发性冰块。

化学成分和同位素异常

由詹姆斯·韦伯和甚大望远镜附带的先进摄谱仪进行的同位素测量揭示了与当地模式截然不同的化学丰度。氘和氢的比例达到0.95%，变化量为0.06%，这个比例远高于任何源自奥尔特云或柯伊伯带的彗星记录的比例。二氧化碳的碳同位素比率范围为 141 至 191，一氧化碳的碳同位素比率范围为 123 至 172。

这些数值超出了在靠近我们太空环境的原行星盘中观察到的典型模式。收集到的化学信息表明其原始起源可以追溯到 10 至 120 亿年前。这个时间窗口表明，这种物质可能与低金属恒星的形成有关，这些恒星属于我们银河系最古老的一代，早在地球形成之前，这些恒星就将其行星构件喷射到星际空间中。

重元素预算困境

金属浓度低的老恒星的重元素含量极低，相当于太阳重元素含量的千分之二左右。当地恒星群中只有一小部分（大约 10%）属于这一特定的原始恒星类别。从理论上讲，这些恒星中金属的稀缺限制了它们周围复杂固体的形成。

这一受限群体的银河系恒星密度接近每立方秒差距 0.04 个太阳质量。因此，这些区域中可用于形成天体的重元素的最大数量达到了5.4乘以10的-28克每立方厘米的极限。该计算基于对银河晕中恒星分布的最精确观测。

该计算值存在显着的数学差异，因为它低于支持 3I/ATLAS 型庞大星际种群所需的质量密度。这些恒星周围的碎片盘的质量需要比主恒星本身大数十倍，才能证明喷射物体的数量是合理的。当前的轨道物理学不支持具有这种质量比的原行星盘的存在。

银河化学演化模型表明，这些古代种群中重元素的产生是逐渐发生的。行星盘中的质谱需要的物质喷射速率远远超过已知恒星物理定律所预测的数量。观察到的化学成分与所需质量之间的矛盾引发了当前天体物理学中最大的争论之一。

解决空间差异的假设

为了使观测数据与恒星形成理论保持一致，行星抛射效率和星际物体的质量分布等因素需要调整至少三个数量级。这种深刻的不一致表明 3I/ATLAS 和低金属丰度恒星之间的直接相关性可能在结构上不稳定。研究人员正在评估其他起源，例如在金属浓度较高的盘中形成恒星碎片，或者可以解释观测到的丰度的完全不同的生产机制。高估核半径或物体数量密度的可能性也成为解决数学紧张的可行方法。同位素数据证实了该物质的高级年龄，但需要对星系中可用于形成较小天体的重元素库的计算进行彻底修改。