Комета из-за пределов Солнечной системы обладает уникальным химическим составом

Фото из открытых источников

Все признаки уже указывали на то, что межзвездная комета 3I/ATLAS не похожа ни на что из того, что мы когда-либо видели.

Когда в прошлом году этот объект пронесся по внутренней части Солнечной системы, множество телескопов, нацелившихся на него, показали, что он не только не имеет себе равных в Солнечной системе, но и кардинально отличается от двух ранее известных межзвездных объектов, 1I/'Oumuamua и 2I/Borisov.

Теперь же глубокий анализ некоторых из самых точных наблюдений позволяет предположить, что эта странная комета может быть почти такого же возраста, как и сама Вселенная. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.

Изучив соотношение изотопов водорода и углерода, группа исследователей под руководством молекулярного астрофизика Мартина Кординера из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА обнаружила, что комета образовалась в очень холодном и первобытном месте и, возможно, ей до 12 миллиардов лет.

«Это был особенный момент. На фоне всех слухов о внеземных технологиях начала формироваться убедительная научная гипотеза о том, что 3I/ATLAS очень похожа на типичные кометы Солнечной системы», — сказал Кординер. «Однако измеренные нами с помощью телескопа JWST изотопные соотношения показывают, что он не только отличается от нашей Солнечной системы, но и, вероятно, намного старше её. Внезапно мы перестали спрашивать: „Это комета?“, и начали спрашивать: „Что может рассказать нам этот уникальный объект об истории нашей галактики?“»

Человечество впервые узнало о 3I/ATLAS 1 июля 2025 года, и хотя общественный интерес несколько ослаб после его максимального сближения с Солнцем (перигелия) в конце октября того же года, ученые по-прежнему проявляют к нему неподдельный интерес.

Уже с самых первых наблюдений 3I/ATLAS ученые понимали, что это необычный объект. Его состав и химический состав газов, испускаемых при приближении к Солнцу, указывали на то, что среда его формирования сильно отличалась от Солнечной системы.

С тех пор последующие анализы показали, что место рождения 3I/ATLAS было очень холодным и удаленным, а измерения скорости определили его возраст где-то между 3 и 11 миллиардами лет.

Кординер и его коллеги провели один из самых подробных анализов на сегодняшний день, разделив инфракрасные наблюдения, полученные с помощью телескопа JWST, и радионаблюдения, полученные с помощью телескопа ALMA, химических процессов, происходящих в коме кометы.

В частности, они изучали соотношения изотопов водорода и углерода — оба этих элемента позволили получить представление о загадочном прошлом проекта 3I/ATLAS.

Было обнаружено, что вода в коме содержит необычно большое количество тяжелого водорода, или дейтерия.

Между тем, изотопы углерода в комете отличались от тех, которые наблюдаются в кометах Солнечной системы, планетах, метеоритах или даже в большинстве близлежащих областей звездообразования.

«Получение столь убедительных доказательств далекого происхождения (в пространстве и времени) достаточно, чтобы перевернуть научную картину и показать, что этот объект действительно является чем-то очень уникальным и интересным с научной точки зрения», — сказал Кординер.

Полученные два результата говорят нам о комете разные вещи.

Результат по дейтерию основан на соотношении тяжелого водорода к водороду и согласуется с предыдущими анализами, которые выявили необычно большую долю тяжелого водорода.

Кординер и его коллеги измерили соотношение дейтерия к водороду в воде кометы, равное 0,98 процента. Это более чем в 10 раз выше, чем соотношение дейтерия в кометах Солнечной системы.

Согласно моделям химии льда, такое экстремальное обогащение дейтерием ожидается при образовании воды при температурах ниже примерно 30 кельвинов (-243 °C), что позволяет сохранить химические признаки глубоко замерзшей среды.

Это позволяет предположить, что большая часть воды в комете образовалась в чрезвычайно холодной среде, вероятно, вдали от тепла звезды.

«Обнаружение столь концентрированной воды, содержащей дейтерий, поразительно, поскольку она сильно отличается от любого другого примитивного объекта Солнечной системы и ставит под сомнение наше понимание того, как образуются льды в космосе», — сказал Кординер.

Между тем, изотопы углерода раскрывают другую главу в истории проекта 3I/ATLAS.

В комете наблюдалось необычно высокое соотношение углерода-12 к углероду-13, что позволяет предположить, что она образовалась из материала, который еще не был сильно обогащен поколениями умирающих звезд.

Это объясняется тем, что элементы тяжелее водорода и гелия не присутствовали во Вселенной в больших количествах до тех пор, пока не прошло несколько поколений звёзд.

В термоядерных двигателях своих ядер звёзды сталкиваются атомами, образуя более тяжёлые элементы; во время своей бурной гибели эти элементы рассеиваются в космосе, где они могут быть включены в состав вновь образующихся объектов.

Сравнивая измерения содержания углерода, полученные с помощью прибора 3I/ATLAS, с моделями изменения химического состава Млечного пути с течением времени, исследователи подсчитали, что комета могла образоваться около 11–12 миллиардов лет назад, когда галактика была еще относительно молодой.

Это не гарантировано; также возможно, что комета образовалась в относительно отдаленном регионе космоса, не покрытом пылью умирающих звезд, что привело к идеальной химической структуре, из-за которой комета выглядит старше, чем есть на самом деле.

«В галактике насчитывается около 200 миллиардов звёзд, каждая из которых движется по своей собственной орбите. Расчёт взаимодействующих орбит более чем двух тел — задача чрезвычайно сложная в астрофизике, поэтому расчёт орбит всех звёзд в галактике совершенно неразрешим, особенно если учесть плохо определённые плотности (гравитацию) и движения межзвёздных облаков, которые могут оказывать собственное притяжение», — сказал Кординер. «В настоящее время наши возможности ограничиваются отслеживанием орбиты 3I/ATLAS на протяжении 10 миллионов лет, поэтому, похоже, его точное происхождение никогда не будет установлено».

В любом случае, полученные результаты могут быть использованы для лучшего понимания галактики Млечный Путь.

«Кометы нашей Солнечной системы в значительной степени застыли во времени с момента своего рождения на заре существования Солнечной системы», — пояснил Кординер. «В астрономическом контексте вам не нужно далеко отходить от звезды, чтобы достичь чрезвычайно низких температур межзвездного пространства. Как только вы достигаете этой температуры (всего на 10-20 градусов выше абсолютного нуля), исключается возможность выделения газов или протекания химических реакций под действием тепла — все остается твердым, как камень».

На момент написания статьи 3I/ATLAS находится за пределами орбиты Юпитера. Он уверенно движется в своем направлении и однажды покинет Солнечную систему, чтобы продолжить свое эпическое приключение по галактике.

Однако, даже несмотря на то, что этот странный камень всё меньше виден нам, он всё ещё может многому нас научить.

«В настоящее время космический аппарат 3I/ATLAS находится на расстоянии 8 астрономических единиц от Солнца (приближаясь к орбите Сатурна) и выйдет за пределы орбиты Плутона в 2029 году, покинув гелиосферу примерно в 2035 году», — сказал Кординер. «Поэтому у нас еще будет время наверстать упущенное, если мы решим направить мировые ресурсы на решение этой проблемы».