Своеобразные «посланники» из других звездных систем — межзвездные объекты — формируются вокруг далеких светил. Затем, в результате гравитационных взаимодействий, их выбрасывает в межзвездное пространство. На сегодня подтверждено существование всего трех таких тел. Первый межзвездный странник 1I/Оумуамуа оказался почти без газовой оболочки, поэтому изучить его химический состав не удалось.
Второй, комета 2I/Borisov, продемонстрировал признаки активного испарения льдов, однако весь период его движения вокруг Солнца наблюдения не охватили. Первым объектом, за которым астрономы вели регулярные высокоточные наблюдения — как до, так и после прохождения перигелия (ближайшей к Солнцу точке своей орбиты), — стал 3I/ATLAS. Подробнее о трех гостях из межзвездной тьмы Naked Science рассказывал здесь.
Теперь, наблюдая 3I/ATLAS на протяжении 23 ночей с помощью спектрографа ESPRESSO, установленного на Очень большом телескопе (VLT) в Чили, ученые разложили свет на отдельные длины волн. Подход позволил 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. Измеряя соотношение линий кислорода, возникающих после распада этих молекул под действием солнечного излучения, ученые оценили, как менялось содержание CO₂ и H₂O в коме кометы.
Выяснилось, что на сравнительно большом расстоянии от Солнца газовая оболочка 3I/ATLAS была богата углекислым газом. По мере приближения к светилу этот баланс постепенно 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 помогли выявить еще одну особенность: вода продолжала активно выделяться даже тогда, когда комета уже начала удаляться от Солнца. Объяснить это можно тепловой инерцией кометного ядра: солнечное тепло постепенно проникало в его глубинные слои, где находятся запасы льда, поэтому их испарение продолжалось с задержкой.
Более того, в спектрах кометы 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. Правда, 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. Значит, процессы формирования богатых льдом малых тел в других планетных системах Галактики могут быть куда универсальнее, чем считалось.