Нове дослідження бельгійських астрономів з використанням даних, отриманих за допомогою Дуже великого телескопа (Very Large Telescope, VLT) Європейської південної обсерваторії (European Southern Observatory, ESO) показало, що в атмосферах комет по всій Сонячній системі, навіть у тих, що містяться далеко від Сонця, є залізо і нікель. Результати окремого дослідження, яке виконали польські науковці також з використанням даних ESO, вказують на те, що пари нікелю також присутні в крижаній міжзоряній кометі 2I/Борисов. Це перший випадок, коли важкі метали, зазвичай пов’язані з гарячим середовищем, виявлено в холодній атмосфері далеких комет.
«Було великим сюрпризом виявити атоми заліза та нікелю в атмосферах близько 20 комет, які ми спостерігали протягом останніх двох десятиліть. Навіть у тих, що віддалені від Сонця і перебувають в холодному космічному середовищі», — сказав Жан Манфруід (Jean Manfroid) з Льєжського університету в Бельгії, який очолював нове дослідження комет Сонячної системи. Його результати оприлюднив журнал Nature.
Астрономи знають про існування важких металів в ядрах комет, що містять речовину в твердому стані (каміння й пил). Але, оскільки тверді метали зазвичай не «сублімують» (не переходять в газоподібний стан) при низьких температурах, астрономи не очікували, що знайдуть їх в атмосферах холодних комет, які відходять від Сонця на великі відстані. Тепер випари нікелю та заліза виявлено навіть в кометах, які астрономи спостерігають на відстані понад 480 мільйонів кілометрів від Сонця, що у понад втричі перевищує відстань Землі від Сонця.
Бельгійська група науковців виявила залізо і нікель в атмосферах комет приблизно в однакових кількостях. Водночас речовина Сонячної системи, наприклад, Сонця та метеоритів, зазвичай містить приблизно вдесятеро більше заліза, ніж нікелю. Отже, цей новий результат впливає на розуміння астрономами ранньої Сонячної системи, хоча науковці все ще розмірковують над поясненням такої розбіжності.
«Комети утворилися приблизно 4,6 мільярда років тому в дуже молодій Сонячній системі і не змінилися з того часу. У цьому сенсі вони схожі на скам’янілості для астрономів», — говорить співавтор дослідження Еммануель Джегін (Emmanuel Jehin), також з Льєжського університету.
Хоча бельгійська група астрономів майже 20 років вивчала ці «викопні» об’єкти за допомогою VLT ESO, вони до цього часу не помічали присутності нікелю та заліза в атмосфера комет. «Це відкриття не вдавалося зробити протягом багатьох років», — сказав Джегін.
Для аналізу атмосфер комет на різній відстані від Сонця науковці використовували дані, отримані за допомогою ешелле-спектрографа ультрафіолетового та видимого діапазонів (Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph, UVES). Цей прилад встановлено на VLT ESO і він працює на основі методу спектроскопії. Цей метод дає змогу астрономам визначати хімічний склад небесних тіл: кожен хімічний елемент залишає унікальний «підпис» — набір ліній — в спектрі випромінювання від об’єктів.
Це зображення ілюструє виявлення важких металів — заліза (Fe) та нікелю (Ni) у нечіткій атмосфері комети C/2016 R2 (PANSTARRS). У верхньому лівому куті видно спектр комети, накладений на її зображення, зроблене за допомогою телескопа SPECULOOS в обсерваторії Паранал ESO. Кожен білий пік у спектрі відповідає іншому елементу, піки заліза та нікелю позначені синіми та помаранчевими риски відповідно. Отримувати такі спектри вдається завдяки спектрографу з високою роздільною здатністю UVES, що встановлений на VLT. Окрім того, що спектрограф дає докладний спектр, він є чутливим аж до довжин хвиль 300 нм. Більшість ліній заліза та нікелю проявляються на довжинах хвиль близько 350 нм, тому застосування UVES було надзвичайно важливими для цього відкриття. Фото з сайту www.eso.org.
Бельгійські астрономи помітили слабкі, неототожнені спектральні лінії в спектрах, отриманих за допомогою приймача UVES. Докладний огляд цих ліній показав, що вони сигналізують про наявність нейтральних атомів заліза та нікелю. Ці важкі елементи було складно ототожнити, бо їх кількість дуже мала: за підрахунками науковців, на кожні 100 кг води в атмосферах комет припадає лише 1 г заліза та приблизно така ж кількість нікелю.
«Зазвичай заліза вдесятеро більше, ніж нікелю, а в цих атмосферах комет ми виявили приблизно однакову кількість обох елементів. Ми дійшли висновку, що вони можуть походити з особливої речовини на поверхні ядра комети, що сублімує при досить низькій температурі й виділяє залізо і нікель приблизно в однаковій кількості», — пояснив Дамьєн Гуцемекерс (Damien Hutsemékers), також учасник бельгійської групи з Льєжського університету.
Хоча наукова група ще не визначилась, що це може бути за речовина, технічний поступ в астрономії — введення в дію камери прямих знімків та спектрографа середнього інфрачервоного діапазону (Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph, METIS) на майбутньому Надзвичайно великому телескопі (Extremely Large Telescope, ELT) ESO — дасть змогу дослідникам з’ясувати джерело атомів заліза та нікелю, які є в атмосферах цих комет.
Бельгійська «команда» сподівається, що їхня робота відкриє шлях для майбутніх досліджень. «Тепер люди будуть шукати ці спектральні лінії в своїх архівних даних, триманих за допомогою інших телескопів», — сказав Джегін. «Ми вважаємо, що це також спричинить нові дослідження з цієї проблеми».
Міжзоряні важкі метали
Ще одне хороше дослідження, результати якого оприлюднено в Nature, показує, що важкі метали також присутні в атмосфері міжзоряної комети 2I/Борисов. Група польських астрономів спостерігала цей об’єкт, першу комету з міжзоряного простору-інопланетянином, що відвідала приблизно півтора року тому Сонячну систему, за допомогою спектрографа X-shooter, встановленого на VLT ESO. Вони виявили, що холодна атмосфера комети 2I/Борисов містить газоподібний нікель.
Виявлення нікелю (Ni) у нечіткій атмосфері міжзоряної комети 2I/Борисов. На світлині показано спектр комети (внизу праворуч), накладений на зображення комети, зроблене за допомогою Дуже великого телескопа Європейської південної обсерваторії наприкінці 2019 року. Лінії нікелю позначені помаранчевими рисками. Спектр отримано за допомогою спектрографа X-shooter, встановленого на другому (із чотирьох) телескопів, які утворюють VLT ESO. X-shooter є одним із найуніверсальніших оптичних приладів, які нині використовують астрономи, бо може одночасно отримувати спектри від ближнього інфрачервоного до ультрафіолетового діапазонів електромагнітного спектра. Фото з сайту www.eso.org.
«Спочатку ми не повірили, що атомарний нікель може бути присутнім в атмосфері комети 2I/Борисов на такій великій відстані від Сонця. Ми виконали багато тестів та перевірок, перш ніж змогли остаточно переконатись у цьому», — сказав автор дослідження Пьотр Ґузік (Piotr Guzik) з Ягеллонського університету в Польщі. Висновок здивував, оскільки досі атоми важких металів астрономи спостерігали лише в гарячих середовищах, таких як атмосфери надгарячих екзопланет або комет, що випаровувалися внаслідок занадто близького проходження повз Сонце. Комету 2I/Борисов спостерігали, коли вона перебувала на відстані приблизно 300 мільйонів кілометрів від Сонця, або приблизно вдвічі далі, ніж відстань Земля—Сонце.
Цю світлину отримано за допомогою приймача FORS2 на Дуже великому телескопі ESO наприкінці 2019 року, коли комета 2I/Борисов пройшла біля Сонця. Оскільки комета рухалася дуже швидко, приблизно 175 000 кілометрів на годину, то на зображенні зорі тла мають вигляд світлих смуг. Це тому, що телескоп слідував за рухом об’єкта (комети), що швидко змінював положення на небесній сфері. Кольори в цих смугах надають зображенню певного відчуття дискотеки і є результатом поєднання спостережень у різних смугах довжини хвилі, позначених різними кольорами на цьому складеному зображенні. Фото з сайту www.eso.org.
Докладне вивчення небесних тіл з міжзоряного простору є фундаментальним для науки, оскільки вони несуть цінну інформацію про планетні системи, з яких вони походять. «Ми неочікувано зрозуміли, що газоподібний нікель присутній в атмосферах комет в інших куточках Галактики», — сказав співавтор дослідження Міхал Драгус (Michał Drahus), також співробітник Ягеллонського університету.
Дослідження польських і бельгійських астрономів показують, що комета 2I/Борисов і комети Сонячної системи мають навіть більше спільного, ніж вважали науковці раніше. «А тепер уявіть, що комети Сонячної системи дуже схожі на комети в інших планетних системах — хіба це не дивовижно?», — підсумував Драгус.
За інф. з сайту www.eso.org підготував Іван Крячко
