Как межзвездная комета 3I/ATLAS сменила углекислоту на воду: объяснение VLT

Своеобразные «посланники» из других звездных систем — межзвездные объекты — формируются вокруг далеких светил, а затем, в результате гравитационных взаимодействий, выбрасываются в межзвездное пространство. На сегодня подтверждено существование всего трех таких тел. Первый — 1I/Оумуамуа — почти не имел газовой оболочки, поэтому изучить его химический состав не удалось. Второй, комета 2I/Borisov, демонстрировала активное испарение льдов, но наблюдения не охватили весь период ее движения вокруг Солнца. Третьим стал 3I/ATLAS — и именно за ним астрономы следили регулярно.

Как спектроскопия раскрыла состав кометы

На протяжении 23 ночей ученые с помощью спектрографа ESPRESSO, установленного на VLT, разлагали свет от кометы на отдельные длины волн. Это позволило определить, какие атомы и молекулы присутствуют в газовом облаке вокруг ядра. Главными объектами исследования стали молекулы циана (CN) и так называемые запрещенные линии атомарного кислорода. Поскольку углекислый газ и вода плохо наблюдаются в оптическом диапазоне с поверхности Земли, астрономы применили косвенный метод: измерили соотношение линий кислорода, возникающих после распада этих молекул под действием солнечного излучения, и оценили, как менялось содержание CO₂ и H₂O в коме кометы.

От CO₂ к H₂O: закономерность испарения

Выяснилось, что на сравнительно большом расстоянии от Солнца газовая оболочка 3I/ATLAS была богата углекислым газом. По мере приближения к светилу баланс смещался в сторону воды. Такой переход хорошо согласуется с физикой испарения льдов: углекислый газ начинает активно сублимировать при куда более низких температурах, нежели водяной лед. Поэтому на больших расстояниях главным источником газа становится CO₂, а ближе к Солнцу — вода, испаряющаяся в результате таяния льда.

Наблюдения после прохождения перигелия выявили еще одну особенность: вода продолжала активно выделяться даже тогда, когда комета уже начала удаляться от Солнца. Это объясняется тепловой инерцией кометного ядра: солнечное тепло постепенно проникало в его глубинные слои, где находятся запасы льда, поэтому их испарение продолжалось с задержкой.

В спектрах кометы также обнаружили излучение атомов железа и никеля, а также молекул CH и C₂. После прохождения перигелия последние стали заметнее, что может быть связано с нагревом новых слоев в ядре. Скорость образования молекул CN в целом оказалась сопоставима с тем, что наблюдается у комет Солнечной системы. Однако отдельные измерения заметно отличались друг от друга. Причиной могли стать локальные выбросы вещества, вращение ядра или изменения солнечного ультрафиолетового излучения. Для проверки этих гипотез потребуются более продолжительные наблюдения.

Авторы научной работы, опубликованной на сервере препринтов Корнеллского университета, заключили, что, несмотря на межзвездное происхождение, 3I/ATLAS во многом ведет себя как обычная комета нашей звездной системы. Это говорит о том, что процессы формирования богатых льдом малых тел в других планетных системах Галактики могут быть куда универсальнее, чем считалось.