NASA 的詹姆斯·韦伯太空望远镜记录了星际彗星 3I/ATLAS 中存在甲烷。此次观测代表了首次在太阳系外的天体上直接检测到这种特定气体。该设备在去年 12 月份捕获了化学特征。该物体在到达其轨道上最近的点后已经开始远离太阳。
这些数据是由 MIRI 仪器收集的，该仪器专门捕获中红外光谱中的光。该化合物的最新鉴定令参与分析的天文学家感到惊讶。甲烷具有高挥发性，受热时往往会迅速升华。这一发现提供了有关其他恒星系统中形成的天体内部成分的新证据，并有助于绘制银河系中化学元素的分布图。
太阳热量暴露了深层冰核
甲烷检测发生在两个不同的观察窗中。科学家们最初在12月15日至16日期间监测了3I/ATLAS彗星。第二轮测量于12月27日进行。第一阶段该天体距离太阳3.29亿公里。在下一次测量中，距离增加到3.79亿公里。
仅在轨迹的这个阶段出现的气体表明了复杂的内部结构。甲烷在任何温度升高下都极易升华。之前的观测中没有发现这种化合物，这表明该材料受到厚厚的冰层和灰尘的保护。近日点期间产生的强烈热量熔化了核心的外表面。地壳的去除使深层的挥发性气体暴露在太空环境中。
彗星的热动力学涉及冰直接转化为气体。这个过程产生了彗发，即围绕岩石核心的发光云。即使在开始返回星际空间的旅程之后，3I/ATLAS 仍然保持着显着的活动。在最大接近过程中积累的能量持续数周促进内部化合物的释放。核心的热惯性使得地下冰即使在较冷的地区也能继续沸腾。
与太阳系中天体的化学差异
3I/ATLAS 中发现的元素比例与天文学中已知的标准不同。释放的甲烷量与水蒸气量的关系引起了研究小组的注意。很少有来自奥尔特云或柯伊伯带的彗星具有类似的化学特征。这位星际访客展示了异常丰富的挥发性碳化合物。
二氧化碳也是该物体排放的主要成分。二氧化碳的释放速度远远超过水的产生速度。地面观测站在初步分析中已经注意到了这种异常现象。太空望远镜以前所未有的精度证实了二氧化碳的高浓度。
- 化学成分反映了与我们不同的恒星形成环境。
- 二氧化碳仍然集中在最靠近核心的区域。
- 水蒸气在彗发的更广泛区域内膨胀。
- 甲烷伴随着CO2并被限制在物体的中心区域。
气体的空间分布遵循真空中膨胀的物理原理。该图显示了不同分子离开冰核时的行为。水的挥发性较小，可形成弥漫而广泛的云。碳化合物在质心周围形成致密、紧凑的光环。
MIRI 仪器绘制化合物的空间分布图
集成到 MIRI 中的中分辨率光谱仪是这一发现的基础。该设备将红外光分解成不同的波长。该技术使得识别气体云中存在的每种化学元素的准确特征成为可能。该仪器同时测量了彗核周围的几种化合物。
天空中捕获的每个光点都会生成完整的数据光谱。詹姆斯·韦伯望远镜的观测能力超过了之前任何地面或轨道望远镜。科学家们发现了与甲烷、二氧化碳和水相对应的清晰光谱线。该设备还在彗发的成分中检测到了微量的镍。
光谱分析的详细结果已经过同行评审。该研究正式发表在科学杂志《天体物理学杂志快报》上。该文件详细介绍了用于将化学特征与太空背景噪音分开的方法。数据的准确性为遥远天体的研究树立了新的基准。美国宇航局运营的太空天文台展示了其分析快速移动目标的能力。
间隙轨迹减少汽化活动
3I/ATLAS 的整体活动在 12 月份的两次测量之间急剧下降。随着物体远离太阳热源，总气体产量减少。在所有监测的元素中，水蒸气的减少幅度最大。物理行为遵循为彗星建立的热力学模型。
表面温度的下降直接影响升华的速率。甲烷和二氧化碳由于更易挥发，在此期间保持稳定的相对比例。由于水在真空中具有更强的抗冷冻能力，因此它不再快速释放。天体继续发射物质，但速度比近日点记录的要慢得多。
3I/ATLAS 代表第三次确认有星际物体造访我们的系统。以前对类似物体的探测提供的化学数据量要少得多。太空望远镜为这些罕见事件带来了新的观测能力。彗星沿着其双曲线轨迹飞向深空，不会返回太阳附近。飞越过程中喷射出的物质提供了其母星系统中存在状况的物理记录。天文学家将使用该数据库来比较未来对星际访客的探测结果。
