NASA 的詹姆斯韋伯太空望遠鏡記錄了星際彗星 3I/ATLAS 中存在甲烷。此次觀測代表了首次在太陽系外的天體上直接偵測到這種特定氣體。該設備在去年 12 月捕獲了化學特徵。該物體在到達其軌道上最近的點後已經開始遠離太陽。
這些數據是由 MIRI 儀器收集的，該儀器專門捕捉中紅外光譜中的光。該化合物的最新鑑定令參與分析的天文學家感到驚訝。甲烷具有高揮發性，受熱時往往會迅速昇華。這項發現提供了其他恆星系統中形成的天體內部成分的新證據，並有助於繪製銀河系中化學元素的分佈圖。
太陽熱暴露了深層冰核
甲烷檢測發生在兩個不同的觀察窗。科学家们最初在12月15日至16日期间监测了3I/ATLAS彗星。第二輪測量於12月27日進行。第一階段該天體距離太陽3.29億公里。在下一次測量中，距離增加到3.79億公里。
僅在軌跡的這個階段出現的氣體顯示了複雜的內部結構。甲烷在任何溫度升高下都極易昇華。在先前的觀測中沒有發現這種化合物，這表明該材料受到厚厚的冰層和灰塵的保護。近日點期間產生的強烈熱量熔化了核心的外表面。地殼的去除使深層的揮發性氣體暴露在太空環境中。
彗星的熱動力學涉及冰直接轉化為氣體。這個過程產生了彗髮，即圍繞岩石核心的發光雲。即使在開始返回星際空間的旅程之後，3I/ATLAS 仍然保持著顯著的活動。在最大接近過程中累積的能量持續數週促進內部化合物的釋放。核心的熱慣性使得地下冰即使在較冷的地區也能繼續沸騰。
與太陽系中天體的化學差異
3I/ATLAS 中發現的元素比例與天文學中已知的標準不同。釋放的甲烷量與水蒸氣量的關係引起了研究小組的注意。很少有來自奧爾特雲或柯伊伯帶的彗星具有類似的化學特徵。這位星際訪客展示了異常豐富的揮發性碳化合物。
二氧化碳也是該物體排放的主要成分。二氧化碳的釋放速度遠超過水的產生速度。地面觀測站在初步分析中已經注意到了這種異常現象。太空望遠鏡以前所未有的精度證實了二氧化碳的高濃度。
- 化學成分反映了與我們不同的恆星形成環境。
- 二氧化碳仍然集中在最靠近核心的區域。
- 水蒸氣在彗髮的更廣泛區域內膨脹。
- 甲烷伴隨著CO2並被限制在物體的中心區域。
氣體的空間分佈遵循真空中膨脹的物理原理。此圖顯示了不同分子離開冰核時的行為。水的揮發性較小，可形成瀰漫而廣泛的雲。碳化合物在質心周圍形成緻密、緊密的光環。
MIRI 儀器繪製化合物的空間分佈圖
整合到 MIRI 中的中分辨率光譜儀是這項發現的基礎。該設備將紅外光分解成不同的波長。該技術使得識別氣體雲中存在的每種化學元素的準確特徵成為可能。該儀器同時測量了彗核周圍的幾種化合物。
天空中捕獲的每個光點都會產生完整的資料光譜。詹姆斯韋伯望遠鏡的觀測能力超過了之前任何地面或軌道望遠鏡。科學家發現了與甲烷、二氧化碳和水相對應的清晰光譜線。該設備還在彗髮的成分中檢測到了微量的鎳。
光譜分析的詳細結果已經過同儕審查。這項研究正式發表在科學期刊《天文物理學雜誌快報》。該文件詳細介紹了用於將化學特徵與太空背景噪音分開的方法。數據的準確性為遙遠天體的研究樹立了新的基準。美國太空總署運作的太空天文台展示了其分析快速移動目標的能力。
間隙軌跡減少汽化活動
3I/ATLAS 的整體活動在 12 月的兩次測量之間急劇下降。隨著物體遠離太陽熱源，總氣體產量減少。在所有監測的元素中，水蒸氣的減少幅度最大。物理行為遵循為彗星建立的熱力學模型。
表面溫度的下降直接影響昇華的速率。甲烷和二氧化碳由於更易揮發，在此期間保持穩定的相對比例。由於水在真空中具有更強的抗冷凍能力，因此它不再快速釋放。天體繼續發射物質，但速度比近日點記錄的要慢得多。
3I/ATLAS 代表第三次確認有星際物體造訪我們的系統。以前對類似物體的探測提供的化學數據量要少得多。太空望遠鏡為這些罕見事件帶來了新的觀測能力。彗星沿著其雙曲線軌跡飛向深空，不會回到太陽附近。飛越過程中噴射的物質提供了其母星系統中存在狀況的物理記錄。天文學家將使用該資料庫來比較未來對星際訪客的探測結果。
