การวิเคราะห์โดย Avi Loeb ชี้ให้เห็นว่าดาวหางระหว่างดวงดาว 3I/Atlas ปล่อยฝุ่นออกมาสิบล้านกิโลกรัม

อาวี โลเอบ นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ นักวิจัยและศาสตราจารย์จากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด นำเสนอการสำรวจเชิงปริมาณเกี่ยวกับพฤติกรรมของดาวหาง 3I/แอตลาสในอวกาศ การศึกษามุ่งเน้นไปที่พลวัตของการปล่อยอนุภาคในระหว่างที่วัตถุเคลื่อนผ่านระบบสุริยะ ข้อมูลที่ประมวลผลบ่งชี้ถึงการปล่อยฝุ่นอวกาศปริมาณมหาศาลออกมาไม่นานหลังจากที่วัตถุท้องฟ้าใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุด การวิจัยใช้การวัดความส่องสว่างเพื่อสร้างพารามิเตอร์ทางกายภาพที่ไม่เคยมีมาก่อนเกี่ยวกับผู้มาเยี่ยมภายนอกดวงอาทิตย์ ข้อมูลที่เก็บรวบรวมจะช่วยจัดทำแผนผังโครงสร้างภายในของวัตถุที่ก่อตัวขึ้นนอกบริเวณกาแลคซีของเรา

การประมาณการระบุว่าดาวหางปล่อยฝุ่นประมาณสิบล้านกิโลกรัมออกสู่อวกาศ วัสดุนี้สร้างโครงสร้างการมองเห็นที่เรียกว่าแอนไทเทล ซึ่งมีความยาวประมาณ 400,000 กิโลเมตร การสะท้อนของแสงแดดในกลุ่มเมฆเศษซากนี้เทียบเท่ากับการเรืองแสงที่เกิดจากทรงกลมทึบที่มีรัศมีสิบกิโลเมตร ปรากฏการณ์นี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถสรุปการมีอยู่ของอนุภาคแต่ละอนุภาคจำนวนนับล้านล้านที่ประกอบเป็นเส้นทางของวัตถุได้ ความหนาแน่นของวัสดุที่ถูกปล่อยออกมาทำให้ทีมติดตามทางดาราศาสตร์ประหลาดใจ

การคำนวณมวลและขนาดของอนุภาคที่ถูกปล่อยออกมา

การวิเคราะห์พบว่าเม็ดฝุ่นที่ปล่อยออกมามีรัศมีลักษณะเฉพาะในช่วงสิบไมครอน ค่าเฉพาะนี้เป็นไปตามข้อจำกัดทางกายภาพสองประการที่สังเกตได้จากกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดิน ขนาดต้องมากกว่าหนึ่งไมครอนเพื่อปรับความยาวรวมของลำแสงที่มองเห็นได้ในภาพที่ถ่าย ในเวลาเดียวกัน ขนาดจะต้องคงอยู่ต่ำกว่าหนึ่งร้อยไมครอนเพื่อให้เข้ากันได้กับความเร็วการลากที่เกิดจากการปลดปล่อยก๊าซออกจากแกนกลาง ความแม่นยำของช่วงขนาดนี้เป็นรากฐานของแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่ใช้ในการศึกษานี้

ชิ้นส่วนกล้องจุลทรรศน์แต่ละชิ้นมีมวลแต่ละชิ้นโดยประมาณที่เศษส่วนเล็กน้อยของกรัม การคูณค่านี้ด้วยจำนวนอนุภาคทั้งหมดจะส่งผลให้มีวัสดุแข็งพุ่งออกมาสิบล้านกิโลกรัม การเคลื่อนที่ของเมล็ดข้าวเหล่านี้ได้รับอิทธิพลโดยตรงจากรังสีดวงอาทิตย์ระหว่างการเดินทาง แรงกดดันที่เกิดจากแสงแดดทำให้เกิดการชะลอตัวของอนุภาคอย่างต่อเนื่อง การทำแผนที่แรงเบรกนี้ทำให้สามารถคำนวณเวลาที่แน่นอนในการก่อตัวของเส้นทางที่มองเห็นได้

การคำนวณของ Avi Loeb กำหนดอัตราการชะลอตัวของดวงอาทิตย์ที่ประมาณ 0.01 เซนติเมตรต่อวินาทียกกำลังสอง ดัชนีนี้มีผลโดยตรงกับระยะเวลาการคงตัวของวัสดุในบริเวณที่สว่างและมองเห็นได้ของสารต่อต้านหาง ปฏิสัมพันธ์ระหว่างความเร็วดีดออกเริ่มต้นและความต้านทานที่เกิดจากรังสีจะกำหนดความหนาแน่นที่ปรากฏของโครงสร้าง แบบจำลองจะข้ามตัวแปรเหล่านี้เพื่อตรวจสอบปริมาณฝุ่นทั้งหมดที่ประเมินโดยการสังเกตการณ์ด้วยแสง ความสม่ำเสมอของตัวเลขยืนยันความเข้มแข็งของระเบียบวิธีที่ใช้ในการวิจัยของฮาร์วาร์ด

การสังเกตการณ์โลกและอุปกรณ์ที่ใช้ในสเปน

ฐานข้อมูลการวิจัยมาจากหอดูดาวที่ติดตั้งในเมืองเตเนรีเฟ ดินแดนสเปน กล้องโทรทรรศน์ท้องถิ่นบันทึกภาพความละเอียดสูงของดาวหาง 3I/แอตลาส เป็นเวลาหลายสัปดาห์ติดต่อกัน อุปกรณ์มุ่งเน้นไปที่การแยกการมองเห็นระหว่างหางแก๊สหลักและส่วนป้องกันหางที่เกิดจากเศษของแข็ง การจับนี้ทำแผนที่เวกเตอร์ความเร็วที่คาดการณ์ไว้และทิศทางของวัตถุที่อยู่ตรงข้ามกับดวงอาทิตย์ ตำแหน่งทางภูมิศาสตร์ของเลนส์ช่วยให้จับโฟตอนซึ่งสะท้อนจากฝุ่นในอวกาศได้

เครื่องมือนี้ทำงานด้วยขอบเขตการมองเห็นที่กว้าง โดยวัดได้ 2.4 x 1.8 องศาในท้องฟ้ายามค่ำคืน การเปิดนี้ทำให้สามารถวางกรอบขอบเขตทั้งหมดของโครงสร้างที่ถูกผลักออกจากนิวเคลียสของดาวหางได้ ขนาดพิกเซลของภาพถ่ายมีความแม่นยำ 0.60 อาร์ควินาที ระดับของรายละเอียดทำให้มั่นใจได้ถึงความละเอียดที่จำเป็นในการแยกแสงฝุ่นออกจากการปล่อยก๊าซโดยรอบ การสอบเทียบเซ็นเซอร์อย่างเข้มงวดป้องกันการบิดเบือนในการอ่านค่าความส่องสว่างรวมของวัตถุ

การประมวลผลภาพใช้ฟิลเตอร์เฉพาะเพื่อเน้นโครงสร้างเล็กๆ น้อยๆ ในอาการโคม่าของดาวหาง นักวิจัยได้วาดโครงร่างความสว่างโดยแบ่งออกเป็นระดับลอการิทึมที่แตกต่างกันสิบระดับ เทคนิคนี้เผยให้เห็นการกระจายตัวของฝุ่นที่ไม่สม่ำเสมอตลอดทั้งหัวฉีด เครื่องหมายทางเทคนิคบนภาพถ่ายประกอบด้วยกากบาทที่ความส่องสว่างสูงสุด และเวกเตอร์ที่ระบุทิศทางต้านแสงอาทิตย์ของการไหลของอนุภาค การวิเคราะห์ด้วยภาพโดยตรงยืนยันผลลัพธ์ที่ได้จากสมการพลศาสตร์ของไหล

อัตราการสูญเสียวัสดุและการเปรียบเทียบกับก๊าซ

การสะสมฝุ่นสิบล้านกิโลกรัมเกิดขึ้นในช่วงเวลาจำกัด การศึกษาคำนวณว่ากระบวนการดีดออกใช้เวลาประมาณหนึ่งเดือน ซึ่งเทียบเท่ากับกิจกรรมต่อเนื่องสามล้านวินาที สูตรที่ใช้เพื่อให้มาถึงในช่วงเวลานี้จะพิจารณาความยาวเจ็ตสูงสุดและอัตราการชะลอตัวของอนุภาคโดยเฉลี่ย อุปทานของสสารยังคงที่ในช่วงระยะใกล้กับดาวฤกษ์ในระบบของเรามากที่สุด ความเสถียรของการปล่อยก๊าซช่วยให้รวบรวมข้อมูลลำดับได้ง่ายขึ้น

เมื่อหารมวลรวมตามเวลาทำกิจกรรมจะพบว่ามีอัตราการสูญเสียฝุ่นอยู่ที่ 3.3 กิโลกรัมต่อวินาที ปริมาตรของแข็งนี้แสดงถึงส่วนเล็กๆ ของการสูญเสียมวลรวมของดาวหางระหว่างดวงดาว อัตราการปล่อยก๊าซของ 3I/Atlas สูงถึงระดับ 500 กิโลกรัมต่อวินาทีในช่วงเวลาเดียวกัน ความสัมพันธ์ระหว่างองค์ประกอบทั้งสองเป็นเบาะแสเกี่ยวกับโครงสร้างภายในของเทห์ฟากฟ้า ความเด่นของก๊าซบ่งบอกถึงแกนกลางที่อุดมไปด้วยองค์ประกอบระเหยที่แช่แข็ง

• สัดส่วนของฝุ่นและก๊าซสะท้อนรูปแบบของตัวกลางระหว่างดวงดาวในกาแลคซี
• เม็ดขนาด 10 ไมครอนมีขนาดเกินขนาดอนุภาคเฉลี่ยของพื้นที่เปิดโล่ง
• การสะสมของวัสดุอาจเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมเมฆโมเลกุล
• องค์ประกอบนี้แตกต่างจากรูปแบบที่พบในดาวหางในระบบสุริยะ

สัดส่วนของฝุ่นต่อก๊าซอยู่ใกล้ 1% ในระหว่างหน้าต่างสังเกตการณ์ ดัชนีนี้สอดคล้องกับการวัดมาตรฐานที่พบในสื่อระหว่างดวงดาวทางช้างเผือก ความคล้ายคลึงกันนี้แสดงให้เห็นว่าดาวหางยังคงรักษาองค์ประกอบทางเคมีของบริเวณกาแลคซีที่มันก่อตัวขึ้น สัดส่วนที่แน่นอนช่วยให้นักดาราศาสตร์ปรับเทียบแบบจำลองการก่อตัวของระบบดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างไกลได้ การวัดวัตถุทางกายภาพโดยตรงช่วยเสริมการสังเกตที่ทำโดยสเปกโทรสโกปีระยะไกล

กำเนิดเมฆโมเลกุลและลักษณะไม่ปกติ

การค้นพบอนุภาคที่มีรัศมีสิบไมครอนทำให้ 3I/Atlas แตกต่างจากฝุ่นในดวงดาวทั่วไป อนุภาคส่วนใหญ่ที่ลอยอย่างอิสระทั่วกาแลคซีมีขนาดเล็กกว่าไมครอน การมีอยู่ของเมล็ดพืชที่มีขนาดใหญ่กว่าสิบเท่าบ่งบอกถึงกระบวนการก่อตัวที่เฉพาะเจาะจงและชัดเจน ขนาดที่ผิดปกติทำให้เกิดสมมติฐานเกี่ยวกับสภาพแวดล้อมดั้งเดิมของวัตถุก่อนที่มันจะเดินทางผ่านห้วงอวกาศ ขนาดอนุภาคของฝุ่นทำหน้าที่เป็นลายเซ็นทางธรณีวิทยาของแหล่งกำเนิดของดาวหาง

ทฤษฎีชั้นนำเสนอว่าดาวหางสะสมวัตถุที่หนากว่านี้ไว้ภายในเมฆโมเลกุลหนาแน่น แหล่งเพาะพันธุ์ดาวฤกษ์เหล่านี้ให้สภาวะความดันและอุณหภูมิที่จำเป็นสำหรับการเกาะกลุ่มกันของเมล็ดพืชขนาดใหญ่ การผลักเทห์ฟากฟ้าออกสู่อวกาศระหว่างดวงดาวจะเกิดขึ้นหลังจากการสะสมสสารในระยะนี้ สมมติฐานจะอธิบายองค์ประกอบที่สังเกตได้โดยไม่จำเป็นต้องเรียกใช้กระบวนการกระจายตัวภายในระหว่างการเดินทาง ความสมบูรณ์ของโครงสร้างของแกนกลางสนับสนุนแนวความคิดทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์นี้

ดาวหางที่เกิดในระบบสุริยะมักจะปล่อยเม็ดฝุ่นที่มีขนาดเล็กกว่ามากออกมาในระหว่างที่ดวงอาทิตย์ใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุด พฤติกรรมที่แตกต่างนี้ตอกย้ำธรรมชาตินอกระบบของ 3I/Atlas ความผิดปกติของโครงสร้างของแอนตีเทลและการแปรผันของความสว่างอย่างกะทันหันยังคงอยู่ภายใต้การพิจารณาของชุมชนดาราศาสตร์ การเปรียบเทียบโดยตรงกับวัตถุในท้องถิ่นช่วยจัดทำแผนที่ความแตกต่างทางเคมีระหว่างพื้นที่ใกล้เคียงของเรากับระบบดวงดาวอื่นๆ แค็ตตาล็อกความผิดปกติของวัตถุทำหน้าที่เป็นพื้นฐานในการจำแนกผู้เยี่ยมชมในอนาคต

การตรวจสอบวิถีโคจรภายนอกอย่างต่อเนื่อง

ดาวหาง 3I/แอตลาส เป็นผู้มาเยือนระหว่างดวงดาวรายที่ 3 ที่ได้รับการยืนยันว่าข้ามวงโคจรของดาวเคราะห์ชั้นใน ข้อความล่าสุดจากดวงอาทิตย์เป็นโอกาสที่ดีที่สุดในการสังเกตวัตถุที่มีต้นกำเนิดนี้โดยตรง กล้องโทรทรรศน์ในหลายทวีปคอยติดตามวิถีโคจรในขณะที่วัตถุสูญเสียความส่องสว่าง ทีมวิจัยจะบันทึกการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของอาการโคม่าและหางทุกสัปดาห์ หน้าต่างการมองเห็นจะลดลงเมื่อความเร็วหลบหนีเคลื่อนแกนกลางออกจากบริเวณที่มีแสงสว่างจ้ามาก

ข้อมูลเชิงปริมาณที่รวบรวมโดย Avi Loeb ป้อนการจำลองเชิงตัวเลขเกี่ยวกับไดนามิกของการดีดออกในสภาพแวดล้อมสภาวะไร้น้ำหนัก ข้อมูลดังกล่าวทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับการวางแผนการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ในอนาคต โครงการที่เกี่ยวข้องกับกล้องโทรทรรศน์รุ่นใหม่คาดการณ์ว่าปรากฏการณ์การดีดตัวของมวลจะมีความละเอียดสูงยิ่งขึ้นไปอีก ความสามารถในการแยกแสงออกจากก๊าซและฝุ่นกลายเป็นข้อกำหนดทางเทคนิคสำหรับการศึกษาผู้มาเยือนรายใหม่ เครื่องมือวัดทางแสงได้รับการอัปเดตตามความยากลำบากที่พบในระหว่างการติดตามนี้

ภาพล่าสุดยืนยันความเสถียรของอัตราการสูญเสียวัสดุเมื่อระยะห่างจากดวงอาทิตย์เพิ่มขึ้น หอสังเกตการณ์ภาคพื้นดินจะปรับเทียบเซ็นเซอร์เพื่อจับการปล่อยโฟตอนล่าสุดที่สะท้อนจากเส้นทางฝุ่น การตรวจสอบความถูกต้องของการคำนวณปัจจุบันขึ้นอยู่กับการข้ามข้อมูลที่ได้รับจากเครื่องมือทางแสงต่างๆ การตรวจสอบจะยังคงทำงานจนกว่าเทห์ฟากฟ้าจะเกินขีดจำกัดการตรวจจับของอุปกรณ์ในปัจจุบัน ไฟล์ที่สร้างขึ้นระหว่างการส่งผ่านจะยังคงอยู่สำหรับการตรวจสอบเชิงวิเคราะห์ในอนาคต