Вода из другой реальности. Межзвездная комета 3I/ATLAS оказалась «тяжелее» всего, что мы видели в Солнечной системе
Как один кусок льда перечеркнул наши представления о типичной химии Галактики.
Межзвёздная комета 3I/ATLAS прилетела в Солнечную систему из чужой планетной системы и принесла с собой химическую подсказку о месте рождения. В её воде нашли необычно много дейтерия, тяжёлой формы водорода. Такой состав указывает, что комета сформировалась в гораздо более холодной среде, чем тела в ранней Солнечной системе.
3I/ATLAS относится к редчайшему классу объектов. Астрономы подтвердили только три межзвёздных тела, которые залетали в Солнечную систему извне. Поэтому каждый новый пролёт даёт шанс изучить не далёкую звезду через телескоп, а небольшой фрагмент вещества, который когда-то родился около другой системы и затем оказался рядом с нами.
Новая работа по этой теме написана под руководством исследователей из Мичиганского университета. Учёные изучали не форму хвоста и не яркость кометы, а соотношение обычной воды и воды с дейтерием. Дейтерий отличается от обычного водорода одним нейтроном в ядре: у привычного атома водорода есть только протон, а у дейтерия есть протон и нейтрон. Когда дейтерий попадает в молекулу воды, получается более тяжёлая разновидность воды.
В 3I/ATLAS доля дейтерия оказалась необычно высокой. По данным исследования, отношение дейтерия к обычному водороду в воде кометы превышает земное океаническое значение более чем в 40 раз, а типичные показатели комет Солнечной системы - более чем в 30 раз. Для астрономов такая разница работает как химическая метка: состав льда сохраняет память о температуре и условиях, в которых вещество собиралось в молодом планетном окружении.
Высокое содержание дейтерия обычно связывают с очень холодной средой. Авторы работы считают, что родная система 3I/ATLAS формировалась в условиях, которые заметно отличались от облака вещества вокруг молодого Солнца. В тексте исследования говорится, что один только другой возраст или другое положение родительской системы в Млечном Пути не объясняют настолько сильное обогащение воды дейтерием. Более вероятный вариант - холодная среда рождения или особая история протопланетного диска, где лёд хуже перемешивался и меньше перерабатывался теплом.
Для науки здесь важна не экзотика ради экзотики. Кометы считают хранилищами древнего льда. Внутри них могут сохраняться вещества, которые почти не менялись с ранних этапов формирования планетных систем. Когда межзвёздная комета проходит через Солнечную систему, астрономы получают редкую возможность сравнить нашу космическую химию с материалом из другого места Галактики.
Наблюдения удалось провести потому, что 3I/ATLAS заметили достаточно рано. После открытия команда получила время на MDM Observatory в Аризоне. Там астрономы зафиксировали первые признаки газовых выбросов кометы. Название MDM связано с Мичиганом, Дартмутским колледжем и Массачусетским технологическим институтом, которые участвовали в создании обсерватории.
Затем исследователи подключили ALMA, большой комплекс радиотелескопов в чилийской пустыне Атакама. ALMA работает в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах и умеет различать сигналы от разных молекул. Именно эта чувствительность позволила отделить воду с дейтерием от обычной воды и измерить их соотношение у межзвёздного объекта. По данным ALMA, такой анализ для межзвёздной кометы выполнили впервые.
Открытие аккуратно расширяет представление о том, как могут отличаться планетные системы в Галактике. Солнечная система часто служит удобной точкой отсчёта, потому что её вещество можно изучать подробно: по планетам, астероидам, кометам, метеоритам и космическим миссиям. 3I/ATLAS показывает, что ледяные тела вокруг других звёзд могли собираться в условиях с иной температурой, иным уровнем излучения и другой химической историей.
Пока астрономы не могут назвать звезду, около которой родилась 3I/ATLAS. Для обратного расчёта траектории не хватает достаточно точных данных о движении множества звёзд в шести измерениях: положении и скорости. Поэтому исследователи работают с тем, что комета принесла сама, прежде всего с химией воды.
Учёные рассчитывают, что похожих объектов станет больше. Пока подтверждены только три межзвёздных гостя, но новые обзоры неба должны чаще находить слабые и быстрые тела, которые раньше легко терялись на фоне звёзд. Чем раньше астрономы заметят подобный объект, тем больше времени останется на спектральные и радионаблюдения.
Для таких находок нужны не только мощные телескопы, но и тёмное небо. Межзвёздные кометы тусклые, движутся быстро и редко дают второй шанс. 3I/ATLAS уже показала, что один короткий пролёт способен рассказать о чужой планетной системе больше, чем многие годы наблюдений за далёкой точкой света.