กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ของ NASA บันทึกการมีอยู่ของมีเทนในดาวหาง 3I/ATLAS ระหว่างดวงดาว การสังเกตการณ์นี้ถือเป็นการตรวจจับโดยตรงครั้งแรกของก๊าซจำเพาะนี้บนวัตถุท้องฟ้าที่มีต้นกำเนิดนอกระบบสุริยะของเรา อุปกรณ์ดังกล่าวบันทึกลายเซ็นทางเคมีในช่วงเดือนธันวาคมปีที่แล้ว วัตถุนี้กำลังอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์อยู่แล้วหลังจากไปถึงจุดที่ใกล้ที่สุดในวงโคจรของมัน
ข้อมูลถูกรวบรวมโดยเครื่องมือ MIRI ซึ่งเชี่ยวชาญด้านการจับแสงในสเปกตรัมอินฟราเรดช่วงกลาง การระบุสารประกอบล่าช้าทำให้นักดาราศาสตร์มีส่วนร่วมในการวิเคราะห์ประหลาดใจ มีเทนมีความผันผวนสูงและมีแนวโน้มที่จะระเหยได้อย่างรวดเร็วเมื่อสัมผัสกับความร้อน การค้นพบนี้เป็นหลักฐานใหม่เกี่ยวกับองค์ประกอบภายในของวัตถุที่ก่อตัวในระบบดาวฤกษ์อื่นๆ และช่วยทำแผนที่การกระจายตัวขององค์ประกอบทางเคมีในกาแลคซี
ความร้อนจากแสงอาทิตย์เผยให้เห็นแกนน้ำแข็งที่อยู่ลึกลงไป
การตรวจจับมีเทนเกิดขึ้นในหน้าต่างสังเกตการณ์สองบานที่แตกต่างกัน ในตอนแรกนักวิทยาศาสตร์ได้ติดตามดาวหาง 3I/ATLAS ระหว่างวันที่ 15 ถึง 16 ธันวาคม การวัดรอบที่สองเกิดขึ้นในวันที่ 27 ธันวาคม เทห์ฟากฟ้าอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์ในระยะแรก 329 ล้านกิโลเมตร ระยะทางเพิ่มขึ้นเป็น 379 ล้านกิโลเมตรในการวัดครั้งต่อไป
การปรากฏตัวของก๊าซเฉพาะในระยะวิถีนี้บ่งบอกถึงโครงสร้างภายในที่ซับซ้อน มีเทนระเหิดได้ง่ายมากภายใต้อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น การไม่มีสารประกอบนี้จากการสังเกตการณ์ครั้งก่อน บ่งบอกว่าวัสดุได้รับการปกป้องไว้ใต้ชั้นน้ำแข็งและฝุ่นหนา ความร้อนอันเข้มข้นที่เกิดขึ้นระหว่างดวงอาทิตย์ใกล้ดวงอาทิตย์ทำให้พื้นผิวด้านนอกของแกนกลางหลอมละลาย การกำจัดเปลือกโลกนี้เผยให้เห็นก๊าซระเหยที่สำรองลึกสู่สภาพแวดล้อมในอวกาศ
พลวัตทางความร้อนของดาวหางเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนน้ำแข็งให้เป็นก๊าซโดยตรง กระบวนการนี้ทำให้เกิดอาการโคม่า ซึ่งเป็นกลุ่มเมฆเรืองแสงที่ล้อมรอบแกนหิน 3I/ATLAS ยังคงรักษากิจกรรมที่สำคัญไว้ แม้ว่าจะเริ่มต้นการเดินทางกลับเข้าไปในอวกาศระหว่างดวงดาวแล้วก็ตาม พลังงานที่สะสมในระหว่างการเข้าใกล้สูงสุดยังคงกระตุ้นให้เกิดการปล่อยสารประกอบภายในเป็นเวลาหลายสัปดาห์ ความเฉื่อยทางความร้อนของแกนกลางทำให้น้ำแข็งใต้ดินยังคงเดือดต่อไปได้แม้ในบริเวณที่เย็นกว่า
ความแตกต่างทางเคมีที่เกี่ยวข้องกับวัตถุในระบบสุริยะ
สัดส่วนขององค์ประกอบที่พบใน 3I/ATLAS แตกต่างจากมาตรฐานที่ทราบกันในทางดาราศาสตร์ ปริมาตรของมีเทนที่ปล่อยออกมาสัมพันธ์กับปริมาณไอน้ำดึงดูดความสนใจของทีมวิจัย มีดาวหางเพียงไม่กี่ดวงที่กำเนิดจากเมฆออร์ตหรือแถบไคเปอร์ซึ่งมีลายเซ็นทางเคมีคล้ายคลึงกัน ผู้มาเยือนระหว่างดวงดาวแสดงให้เห็นถึงความอุดมสมบูรณ์อย่างผิดปกติของสารประกอบคาร์บอนระเหย
คาร์บอนไดออกไซด์ยังมีอิทธิพลต่อการปล่อยก๊าซเรือนกระจกของวัตถุอีกด้วย อัตราการปล่อย CO2 มีมากกว่าการผลิตน้ำมาก หอสังเกตการณ์ภาคพื้นดินได้สังเกตเห็นความผิดปกตินี้แล้วในการวิเคราะห์เบื้องต้น กล้องโทรทรรศน์อวกาศยืนยันความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ในระดับสูงด้วยความแม่นยำอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน
- องค์ประกอบทางเคมีสะท้อนสภาพแวดล้อมการก่อตัวดาวฤกษ์ที่แตกต่างจากของเรา
- คาร์บอนไดออกไซด์ยังคงมีความเข้มข้นในบริเวณใกล้กับแกนกลางมากที่สุด
- ไอน้ำขยายตัวไปทั่วบริเวณโคม่าที่กว้างกว่ามาก
- มีเทนมาพร้อมกับ CO2 และถูกจำกัดไว้ที่พื้นที่ส่วนกลางของวัตถุ
การกระจายตัวของก๊าซเชิงพื้นที่เป็นไปตามหลักการทางกายภาพของการขยายตัวในสุญญากาศ การทำแผนที่แสดงให้เห็นว่าโมเลกุลต่างๆ มีพฤติกรรมอย่างไรเมื่อออกจากนิวเคลียสน้ำแข็ง น้ำซึ่งมีความผันผวนน้อยกว่าจะก่อตัวเป็นเมฆกระจายและแผ่กว้าง สารประกอบคาร์บอนก่อตัวเป็นฮาโลที่หนาแน่นและแน่นรอบจุดศูนย์กลางมวล
เครื่องมือ MIRI ทำแผนที่การกระจายเชิงพื้นที่ของสารประกอบ
สเปกโตรมิเตอร์ความละเอียดปานกลางที่รวมอยู่ใน MIRI ถือเป็นพื้นฐานของการค้นพบนี้ อุปกรณ์จะแบ่งแสงอินฟราเรดออกเป็นช่วงความยาวคลื่นต่างๆ เทคโนโลยีนี้ทำให้สามารถระบุลายเซ็นที่แน่นอนขององค์ประกอบทางเคมีแต่ละชนิดที่อยู่ในกลุ่มก๊าซได้ เครื่องมือนี้ตรวจวัดสารประกอบหลายชนิดรอบนิวเคลียสของดาวหางไปพร้อมๆ กัน
จุดแสงแต่ละจุดที่จับได้บนท้องฟ้าทำให้เกิดข้อมูลที่สมบูรณ์ ความสามารถในการสังเกตของเจมส์ เวบบ์ เหนือกว่ากล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินหรือวงโคจรใดๆ ก่อนหน้านี้ นักวิทยาศาสตร์ระบุเส้นสเปกตรัมที่แหลมคมซึ่งสอดคล้องกับมีเทน คาร์บอนไดออกไซด์ และน้ำ อุปกรณ์ยังตรวจพบร่องรอยของนิกเกิลในองค์ประกอบของอาการโคม่า
ผลลัพธ์โดยละเอียดของการวิเคราะห์ทางสเปกโตรกราฟีได้ผ่านการตรวจสอบโดยผู้ทรงคุณวุฒิแล้ว งานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์อย่างเป็นทางการในวารสารวิทยาศาสตร์ The Astrophysical Journal Letters เอกสารนี้ให้รายละเอียดเกี่ยวกับวิธีการที่ใช้ในการแยกลายเซ็นทางเคมีออกจากเสียงรบกวนในอวกาศ ความถูกต้องของข้อมูลถือเป็นเกณฑ์มาตรฐานใหม่สำหรับการศึกษาเทห์ฟากฟ้าที่อยู่ห่างไกล หอดูดาวอวกาศที่ดำเนินการโดย NASA แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการวิเคราะห์เป้าหมายที่เคลื่อนที่เร็ว
วิถีการกวาดล้างช่วยลดกิจกรรมการกลายเป็นไอ
กิจกรรมโดยรวมของ 3I/ATLAS บันทึกการลดลงอย่างมากระหว่างการตรวจวัดสองเดือนธันวาคม การผลิตก๊าซทั้งหมดลดลงเมื่อวัตถุเคลื่อนที่ออกจากแหล่งความร้อนจากแสงอาทิตย์ ไอน้ำแสดงการลดลงที่รุนแรงที่สุดในบรรดาองค์ประกอบทั้งหมดที่ถูกติดตาม พฤติกรรมทางกายภาพเป็นไปตามแบบจำลองทางอุณหพลศาสตร์ที่สร้างขึ้นสำหรับดาวหาง
การลดลงของอุณหภูมิพื้นผิวส่งผลโดยตรงต่ออัตราการระเหิด มีเทนและคาร์บอนไดออกไซด์เนื่องจากมีความผันผวนมากกว่า จึงรักษาสัดส่วนสัมพัทธ์ให้คงที่ในช่วงเวลาดังกล่าว น้ำหยุดระบายอย่างรวดเร็วเนื่องจากมีความต้านทานต่อการแข็งตัวในสุญญากาศได้ดีกว่า เทห์ฟากฟ้ายังคงปล่อยวัตถุออกมาอย่างต่อเนื่อง แต่ในอัตราที่ช้ากว่าที่บันทึกไว้ที่จุดใกล้ดวงอาทิตย์มาก
3I/ATLAS หมายถึงการมาเยือนของวัตถุระหว่างดวงดาวที่ได้รับการยืนยันครั้งที่สามในระบบของเรา การผ่านวัตถุที่คล้ายกันก่อนหน้านี้ได้ให้ข้อมูลทางเคมีในปริมาณที่น้อยกว่ามาก กล้องโทรทรรศน์อวกาศได้นำเสนอความสามารถในการสังเกตการณ์ใหม่สำหรับเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นได้ยากเหล่านี้ ดาวหางโคจรตามวิถีไฮเปอร์โบลิกไปยังห้วงอวกาศ และจะไม่กลับไปยังย่านพลังงานแสงอาทิตย์ วัตถุที่พุ่งออกมาระหว่างการบินผ่านเป็นการบันทึกสภาวะที่มีอยู่ในระบบดาวฤกษ์ของมันเอง นักดาราศาสตร์จะใช้ฐานข้อมูลนี้เพื่อเปรียบเทียบการตรวจจับผู้มาเยือนระหว่างดวงดาวในอนาคต
