ينشأ المذنب البينجمي 3I/ATLAS من نظام كوكبي له خصائص كيميائية وحرارية مختلفة عن تلك التي لدينا. واستخدم علماء الفلك مجمع التلسكوب الراديوي ALMA الموجود في صحراء أتاكاما، لتحليل تكوين الجرم السماوي أثناء مروره. وحدد الفريق العلمي وجود مياه مخففة داخل الجسم. وهذه هي المرة الأولى التي يكتشف فيها الباحثون النظير لدى زائر من خارج نظامنا النجمي.
يوفر هذا الاكتشاف بيانات محددة عن بيئة تكوين المذنب البدائي. تم رصد الجسم في البداية في يوليو من العام الماضي وعبر جوارنا الكوني بسرعة عالية. وفي ديسمبر/كانون الأول، بدأ الجرم السماوي مسار خروجه نحو الفضاء السحيق. تساعد دراسة هذه الخصائص الكيميائية على فهم عمليات تكوين الكواكب في مناطق أخرى من درب التبانة.
اكتشاف نظائر غير مسبوق بواسطة التلسكوب الراديوي في تشيلي
تمت الملاحظات الرئيسية في نوفمبر، عندما وصل الجسم إلى أقرب نقطة من الشمس. ومرَّ الجرم السماوي على مسافة 203 مليون كيلومتر تقريبًا من النجم المركزي. تسببت الحرارة الشمسية في تسامي الجليد الموجود في بنية المذنب. حولت هذه العملية المادة الصلبة إلى غاز، مما سمح للأجهزة بالتقاط الإشارات على الأراضي التشيلية. تمتلك ALMA القدرة التقنية على تسجيل موجات الراديو منخفضة الطاقة.
تتمتع تقنية التلسكوب الراديوي بمزايا مقارنة بالمعدات البصرية التقليدية عند مراقبة الأجسام القريبة من الشمس. أجهزة الاستشعار قادرة على المرور عبر السحب الكثيفة من الغاز والغبار دون أن تتضرر بسبب الحرارة الشديدة. قاد لويس إدواردو سالازار مانزانو، الباحث في جامعة ميشيغان، الدراسة التي حددت كمية الديوتيريوم. يحتوي الماء العادي على ذرتين هيدروجين بسيطتين وذرة أكسجين واحدة. ويحتوي النوع المخفف على نيوترون إضافي، مما يجعله أثقل.
الظروف القاسية وأقدم من الشمس
وأظهرت البيانات التي تم التقاطها في شيلي تركيز الديوتيريوم أعلى بكثير من المعايير المعروفة. كمية النظير في مياه 3I/ATLAS تتجاوز الحجم المسجل في محيطات الأرض بمقدار 40 مرة. وهذا الرقم أيضًا أعلى بـ 30 مرة من المتوسط الموجود في المذنبات التي تشكلت في منطقتنا. يشير هذا الاختلاف الكيميائي إلى أن الجسم ظهر في بيئة ذات درجات حرارة منخفضة للغاية.
يحدث تخصيب الديوتيريوم أثناء تكوين الماء في السحب الجزيئية في الفضاء بين النجوم. ويقدر العلماء أن البيئة الأصلية للمذنب سجلت درجات حرارة أقل من 30 كلفن. وتعادل القيمة حوالي -243 درجة مئوية. كان المناخ البدائي لنظامنا النجمي أكثر دفئا إلى حد كبير قبل 4.5 مليار سنة. وتقدر الأبحاث السابقة أن عمر الزائر الكوني قد يصل إلى 11 مليار سنة.
- تشكل المذنب في نظام كوكبي متميز.
- يحتوي الهيكل على نسبة عالية من الماء شبه الثقيل.
- سجلت البيئة الأصلية درجات حرارة أقل من -243 درجة مئوية.
- عمر الجرم السماوي يصل إلى 11 مليار سنة.
- وُلد الجسم عند الحواف الخارجية لقرص كوكبي أولي.
تشكلت المياه المحفوظة داخل الصخرة الفضائية حتى قبل ظهور نجمها المضيف. جرم سماوي متحد من قرص دوار من الغاز والغبار. تحدث التفاعلات الكيميائية التي تدمر الديوتيريوم في المناطق الأكثر دفئًا. وخلص الفريق إلى أن الجسم قضى معظم فترة وجوده في المناطق الطرفية لهذا القرص. تضمن المسافة من الحرارة النجمية الحفاظ على النظير.
يكشف التركيب الكيميائي عن تكوين القرص البعيد
ويتزامن ارتفاع مستوى الديوتيريوم مع قياسات سابقة أظهرت وجود كمية كبيرة من ثاني أكسيد الكربون في المذنب. إن الجمع بين هاتين الخاصيتين الكيميائيتين يعزز فرضية التكوين في منطقة نائية ومعزولة. تحافظ الأجزاء الخارجية لأقراص الكواكب الأولية على البرودة الشديدة اللازمة لتكثيف المواد المتطايرة في الفضاء. يمنع التجميد السريع تحلل النظائر الثقيلة التي تُفقد عند درجات الحرارة المرتفعة. ويزود الحفاظ على هذه العناصر العلماء بخريطة لتوزيع المادة في المجرة القديمة.
بحثت أدوات المرصد عن علامات وجود الماء العادي أثناء مرور الجسم عبر نظامنا. ولم تسجل أجهزة الاستشعار وجود H2O بكميات كبيرة في سحابة الغاز المنبعثة. ويوضح الباحث مانزانو أن المادة قد تكون موجودة في الهيكل الصخري، ولكن بمستويات أقل من حد الكشف للمعدات المستخدمة في المهمة. أكد التحديد الفريد للمياه المخففة الطبيعة غير النمطية للجرم السماوي أمام المجتمع الفلكي. تعمل المادة كسجل مباشر للظروف الجليدية التي نشأت فيها ومسارها عبر الفراغ.
التقنيات الجديدة توسع نطاق البحث عن الأجرام السماوية
يوفر تحليل الأجزاء خارج المجرة معلومات حول المناطق التي يتعذر الوصول إليها في درب التبانة. تنقل الأجسام بين النجوم المادة السليمة من المواقع المحددة التي تشكلت فيها الكواكب الأخرى منذ مليارات السنين. ويقارن ثيودور كاريتا، عالم الفلك في جامعة فيلانوفا، وجود الديوتيريوم بالبصمة الكيميائية التي لا تتغير. تكشف العلامة عن حالة مجرتنا في وقت كان فيه تركيز المعادن الثقيلة أقل بكثير. يغير تطور المجرة نوع المادة المتاحة لإنشاء أنظمة نجمية جديدة.
من المفترض أن يؤدي التقدم التكنولوجي للمراصد الأرضية إلى زيادة معدل اكتشاف الزوار الكونيين الجدد في السنوات القادمة. وبدأ مرصد فيرا سي روبين، الذي تم تركيبه أيضًا في الأراضي التشيلية، في التقاط الصور في يونيو/حزيران باستخدام أحدث المعدات. سيسمح الهيكل الجديد للعلماء بمعرفة ما إذا كان تكوين 3I/ATLAS يمثل نمطًا شائعًا أم استثناءً نادرًا. إن رسم خرائط للأجرام السماوية المتعددة سيساعد في تتبع تاريخ مفصل لتطور الكواكب في الكون المعروف. سيحدد عبور البيانات أوجه التشابه الهيكلية بين العوالم البعيدة وتكوين الأرض.