Новое исследование группы бельгийских астрономов, использовавших данные, полученные на Очень большом телескопе Европейской южной обсерватории (VLT ESO) показало, что в атмосферах комет Солнечной системы, даже тех из них, которые находятся далеко от Солнца, присутствуют железо и никель.
Другое исследование, выполненное группой астрономов из Польши – они тоже пользовались данными ESO – говорит о том, что пары́ никеля присутствуют и в составе ледяной межзвёздной кометы 2I/Borisov. Это первое обнаружение тяжёлых металлов, обычно ассоциирующихся с горячими средами, в холодных атмосферах далёких комет.
“Было большим сюрпризом зарегистрировать атомы железа и никеля в атмосферах всех комет, наблюдавшихся нами за последние два десятилетия – а было их около двадцати – и даже в тех из них, которые находятся вдали от Солнца в холодной космической среде", -- говорит Жан Манфруа (Jean Manfroid) из Льежского университета в Бельгии, который руководил новым исследованием комет Солнечной системы, публикуемым сегодня в журнале Nature.
Астрономы знают, о существовании тяжёлых металлов в пылевых и каменных недрах комет. Но, так как твёрдые металлы обычно не “сублимируют” (не переходят в газообразное состояние) при низких температурах, их не ожидали обнаружить в атмосферах холодных комет, удаляющихся на большие расстояния от Солнца. Теперь же пары никеля и железа зарегистрированы даже в кометах, наблюдавшихся на расстояниях более 480 миллионов километров от Солнца, что более, чем втрое превышает расстояние от Земли до Солнца.
Бельгийские исследователи нашли железо и никель в атмосферах комет в примерно равных количествах. А обычно в Солнечной системе вещество, к примеру, на Солнце или в метеоритах, содержит вдесятеро больше железа, чем никеля. Таким образом, новые результаты имеют значение для наших представлений о ранней Солнечной системе, хотя исследователи ещё не пришли к окончательным выводам о причинах таких расхождений.
“Кометы образовались примерно 4.6 миллиардов лет назад, на заре существования Солнечной системы, и с тех пор не изменились. В этом смысле они для астрономов всё равно, что ископаемые для биологов”, – говорит соавтор работы Эммануэль Жеэн (Emmanuel Jehin), тоже сотрудник университета в Льеже.
Хотя бельгийские астрономы изучают эти “ископаемые” при помощи телескопа ESO VLT уже около двадцати лет, они до сих пор не замечали присутствия никеля и железа в атмосферах комет. “Это открытие ускользало от нас много лет”, – говорит Жеэн.
Анализ кометных атмосфер при различных расстояниях комет от Солнца группа выполнила, используя данные, полученные с эшелле-спектрографом ультрафиолетового и видимого диапазона UVES, смонтированного на телескопе VLT ESO. Эта методика измерений называется спектроскопией. Она позволяет астрономам определять химический состав космических тел: каждый химический элемент оставляет в спектре излучения объекта свои уникальные признаки — систему линий.
Бельгийские астрономы заметили слабые неидентифицированные спектральные линии в спектрах, полученных с приёмником UVES. При внимательном рассмотрении выяснилось, что эти линии говорят о присутствии нейтральных атомов железа и никеля. Эти тяжёлые элементы было так трудно отождествить, потому, что они присутствуют в кометных атмосферах в очень малых количествах: по оценке исследователей, на каждые 100 кг воды там приходится всего 1 г железа и примерно столько же никеля.
“Обычно в атмосферах комет в 10 раз больше железа, чем никеля, а здесь мы нашли примерно одинаковые количества этих металлов. Мы пришли к выводу, что дело, возможно, в том, что на поверхности ядер этих комет есть некое вещество, сублимирующее при довольно низких температурах и содержащее железо и никель примерно в одинаковых количествах”, – объясняет Дамьен Хутцемекерс (Damien Hutsemékers), еще один член бельгийской группы из Льежского университета.
Хотя члены группы пока не пришли к единому мнению о том, что это может быть за вещество, прогресс в астрономической технике — например, введение в строй камеры прямых снимков и спектрографа среднего инфракрасного диапазона METIS на строящемся Чрезвычайно Большом телескопе ESO (ELT) — позволит исследователям выяснить происхождение атомов железа и никеля в атмосферах этих комет.
Группа бельгийских астрономов надеется, что их работа проложит путь будущим исследованиям. “Теперь люди примутся искать эти спектральные линии в своих архивных данных, полученных на других телескопах”, – говорит Жеэн. “Мы думаем, что наша находка стимулирует новые работы в этом направлении”.
Межзвёздные тяжёлые металлы
В другой замечательной работе, публикуемой сегодня в Nature, показано, что эти тяжёлые металлы присутствуют и в атмосфере межзвёздной кометы 2I/Borisov. Группа польских астрономов наблюдала этот объект, первую зарегистрированную в Солнечной системе комету, пришедшую из межзвёздного пространства, со спектрографом X-shooter на телескопе ESO VLT примерно полтора года назад и обнаружила в холодной атмосфере кометы 2I/Borisov газообразный никель.
“Сначала мы никак не могли поверить, что атомарный никель может присутствовать в атмосфере кометы 2I/Borisov на таком большом расстоянии от Солнца. Мы многократно тестировали и проверяли наши результаты, прежде, чем убедились в их надёжности”, – говорит один из авторов работы Пётр Гузик (Piotr Guzik) из Ягеллонского университета в Польше. Эта находка выглядит такой неожиданной потому, что до публикуемых сегодня двух работ пары тяжёлых металлов наблюдались только в горячих средах, таких, как атмосферы очень горячих экзопланет или испаряющихся комет, проходящих в непосредственной близости к Солнцу. Комета 2I/Borisov наблюдалась, когда она находилась на расстоянии около 300 миллионов километров от Солнца, то есть, примерно вдвое дальше Земли.
Детальное исследование межзвёздных тел имеет фундаментальное значение, так как эти тела несут бесценную информацию о других планетных системах, в которых они родились. “Мы вдруг узнали, что газообразный никель присутствует в атмосферах комет в других уголках нашей Галактики”, – говорит второй автор работы Михал Драхус (Michał Drahus), тоже сотрудник Ягеллонского университета.
Исследования польских и бельгийских астрономов показывают, что комета 2I/Borisov и кометы Солнечной системы имеют даже больше общего, чем считалось ранее. “Разве не удивительно, что кометы Солнечной системы так схожи со своими аналогами в других планетных системах?” – заключает Драхус.