Астрономы использовали наблюдения радиотелескопа, чтобы получить новую информацию о происхождении и составе межзвездной кометы 3I/ATLAS. Исследование, опубликованное 23 апреля в журнале Nature Astronomy, показывает, что небесный объект содержит дейтерированную воду в чрезвычайно высоких концентрациях. Измерения были проведены Большой миллиметровой/субмиллиметровой решеткой Атакамы (ALMA) в Чили в ноябре, через несколько дней после того, как комета прошла ближе всего к Солнцу.
Комета 3I/ATLAS привлекла внимание всего мира, когда исследователи обнаружили, что она пересекает Солнечную систему в июле. Это всего лишь третий межзвездный объект, проходящий через нашу область Вселенной. Комета начала покидать Солнечную систему в декабре, но не раньше, чем предоставила важные данные об условиях формирования других планетных систем.
Дейтерий стал первым обнаружением межзвездного объекта
Радиотелескоп ALMA позволил исследователям измерить дейтерий внутри кометы, что стало первым случаем, когда этот изотоп водорода был обнаружен в межзвездном объекте. Открытие является экстраординарным из-за обнаруженной концентрации. По словам Луиса Эдуардо Салазара Мансано, ведущего автора исследования и докторанта кафедры астрономии Мичиганского университета, содержание дейтерия в воде кометы более чем в 40 раз превышает количество, обнаруженное в земных океанах, и более чем в 30 раз превышает количество, обнаруженное в кометах Солнечной системы.
Дейтерий – редкий изотоп водорода. Он отличается от обычного водорода тем, что каждый атом содержит дополнительный нейтрон — незаряженную субатомную частицу. В сочетании с кислородом он создает дейтерированную воду, также называемую полутяжелой водой или HDO. Такое изменение делает воду примерно в два раза тяжелее обычной H₂O.
Обнаружение этой молекулы на 3I/ATLAS дает важные подсказки о том, где образовалась комета. Обогащение дейтерием обычно происходит, когда вода образуется в холодных молекулярных облаках в межзвездном пространстве, часто примерно в то же время, когда формируются солнечные системы вокруг других звезд. Анализ показывает, что среда формирования 3I/ATLAS была невероятно холодной, с температурой ниже 30 Кельвинов, что эквивалентно -243,14 градусов Цельсия.
https://twitter.com/ecoosfera/status/2049636850403299801?ref_src=twsrc%5Etfw
Возраст объекта может составлять 11 миллиардов лет
Предыдущие исследования показали, что возраст межзвездной кометы может достигать 11 миллиардов лет, что намного старше нашей солнечной системы или Солнца, которое образовалось 4,5 миллиарда лет назад. Вода, все еще находившаяся внутри кометы, вероятно, сформировалась задолго до ее родительской звезды, но 3I/ATLAS родилась позже из протопланетного диска газа и пыли, который вращался вокруг звезды, того же диска, где формируются планеты.
Исследователи полагают, что система 3I/ATLAS сформировалась и провела большую часть своего времени во внешних областях протопланетного диска, сохраняя обилие дейтерированной воды. Более высокие температуры могли бы уменьшить количество дейтерия из-за химических реакций, поэтому периферийное расположение кометы было важно для сохранения ее первоначальных свойств в течение миллиардов лет.
Новые результаты согласуются с предыдущими наблюдениями, которые обнаружили высокое содержание углекислого газа внутри межзвездной кометы. Такое сочетание особенностей соответствует объекту, образовавшемуся снаружи протопланетного диска. Каждая обнаруженная молекула действует как космический отпечаток пальца, раскрывая физические условия планетарной системы, где родилась комета.
Капсулы времени предоставляют информацию о раннем Млечном Пути
Межзвездные объекты — это капсулы времени, которые доставляют материал из сред, где формировались другие планетные системы. Измерения 3I/ATLAS наконец позволяют ученым открыть эти капсулы и наблюдать физические условия, в которых возникли эти объекты. Присутствие дейтерия аналогично отпечаткам пальцев, показывая, с чем по сути родилась комета, а также каким был Млечный Путь более 10 миллиардов лет назад, когда он был менее богат металлами, чем сейчас.
По мере старения галактики типы комет, которые она сформировала, изменились, а это означает, что изменились и типы планет, которые она может образовать. Эти межзвездные кометы интересны не обязательно тем, чем они являются или как выглядят, а тем, как они позволяют астрономам заглянуть в прошлое и выяснить, похожи ли планеты в других системах на те, что есть у нас дома.
Технология и ограничения наблюдений
Использование ALMA для наблюдений имело фундаментальное значение для этого открытия. Радиотелескоп может указывать на Солнце под более близким углом, чем традиционные телескопы. Радиотелескопы обнаруживают радиоволны низкой энергии, а не видимый свет или тепло высокой энергии, которые могут разрушить оптические компоненты телескопов, таких как космический телескоп Джеймса Уэбба.
Команда использовала ALMA для изучения кометы вскоре после того, как она приблизилась к Солнцу на расстояние 203 миллионов километров. Это расстояние было достаточно близким для того, чтобы лед кометы сублимировался и стал обнаруживаемым газом из-за солнечного тепла, создавая идеальные условия для измерений:
- Обнаружение дейтерированной воды в беспрецедентных концентрациях
- Впервые этот изотоп был идентифицирован в межзвездном объекте.
- Измерения проведены в ноябре, через несколько дней после перигелия кометы.
- Эксклюзивное использование радиотелескопов для сохранения целостности данных
- Подтверждение ранее обнаруженного содержания углекислого газа
Исследователи рассчитывали обнаружить обычную воду, но в ходе эксперимента ее не обнаружили. Это не означает, что на 3I/ATLAS не было обычной воды, просто она была ниже чувствительности наблюдений. Однако обнаружение дейтерированной воды, несмотря на отсутствие обычной воды, сразу указало на то, что 3I/ATLAS — действительно необычный объект.
Будущие перспективы межзвездных исследований
Вряд ли астрономам удастся определить, из какой планетной системы 3I/ATLAS произошла. Небесное тело продолжит удаляться от Солнечной системы, не оставляя следов, ведущих непосредственно к его происхождению. Тем не менее, это предоставит ценную информацию о том, как формировались и развивались другие планетные системы, открывая окна в отдаленные регионы Вселенной.
Обсерватория Веры К. Рубин, расположенная в Чили, опубликовала свои первые изображения в июне и, как ожидается, будет чаще обнаруживать межзвездные объекты. Эта возможность позволит Салазару Мансано и его коллегам определить, является ли 3I/ATLAS выбросом из-за обилия дейтерированной воды или же другие подобные кометы содержат подобное обогащение. Научное сообщество быстро развивается, учится задавать новые вопросы и находить смысл в запутанных ответах об этих редких космических гостях.