Межзвёздная комета 3I/ATLAS оказалась необычно богатой молекулярным азотом
Астрономы обнаружили необычно высокое содержание молекулярного азота в межзвёздной комете 3I/ATLAS. Спектроскопические наблюдения её плазменного хвоста показали, что отношение молекулярного азота к угарному газу заметно выше, чем обычно наблюдается у комет Солнечной системы. Такой химический состав поддерживает гипотезу о том, что 3I/ATLAS сформировалась при очень низких температурах в далёкой внешней области другой планетной системы.
3I/ATLAS стала третьим подтверждённым межзвёздным объектом после 1I/Оумуамуа и 2I/Борисова. Её обнаружили 1 июля 2025 года, а уже на следующий день объект классифицировали как кометный. 29 октября 2025 года комета прошла перигелий на расстоянии около 1,36 астрономической единицы от Солнца. В отличие от 1I/Оумуамуа, у 3I/ATLAS наблюдалась выраженная кометная активность, поэтому астрономы получили возможность исследовать газ и пыль вещества, сформировавшегося за пределами Солнечной системы.
Леа Фереллек из Нортумбрийского университета и её коллеги исследовали 3I/ATLAS после прохождения перигелия с помощью телескопа Уильяма Гершеля на острове Ла-Пальма. Наблюдения проводились 30 ноября и 2 декабря 2025 года с использованием интегрального спектрографа WEAVE-LIFU. Прибор одновременно получает спектры множества участков протяжённого объекта, поэтому хорошо подходит для исследования ионизированного газа в кометном хвосте.
В направленном от Солнца плазменном хвосте исследователи одновременно зарегистрировали пять типов ионов: молекулярного азота N₂⁺, угарного газа CO⁺, углекислого газа CO₂⁺, воды H₂O⁺ и CH⁺. Именно одновременное измерение нескольких компонентов позволило сравнить их содержание и проследить, как оно меняется с расстоянием от ядра кометы.
Особое внимание привлёк N₂⁺. Молекулярный азот N₂ — чрезвычайно летучее вещество, которое трудно удержать в кометных льдах. Поэтому его количество может сохранять информацию о температуре и других физических условиях, существовавших в момент образования кометы.
Используя отношение N₂⁺/CO⁺ и известные коэффициенты флуоресценции этих ионов, авторы получили нижний предел отношения исходных нейтральных молекул N₂/CO > 0,023 ± 0,001. Иными словами, на каждые 100 молекул CO приходится по меньшей мере примерно 2,3 молекулы N₂. По этому показателю 3I/ATLAS богаче молекулярным азотом, чем типичные кометы Солнечной системы.
При этом авторы подчёркивают важное ограничение. Отношения других обнаруженных ионов нельзя напрямую переводить в содержание соответствующих нейтральных молекул, поскольку химические и фотохимические процессы в плазменном хвосте различаются. Тем не менее совокупность измерений согласуется с уже появившимися свидетельствами того, что 3I/ATLAS богата очень летучими веществами.
Высокое содержание N₂ особенно интересно в сочетании с предыдущими исследованиями 3I/ATLAS. Наблюдения до прохождения перигелия показали повышенное содержание CO₂ и CO, а изотопные измерения выявили сильное обогащение дейтерием — более чем на порядок относительно значений, характерных для комет Солнечной системы. Эти результаты ранее указывали на формирование объекта в холодной среде с температурой не выше примерно 30 K, или около −243 °C. Новое измерение молекулярного азота независимо поддерживает сценарий холодного происхождения.
Данные об изотопах азота также указывали на образование 3I/ATLAS во внешней части протопланетного диска. Измеренное ранее отношение изотопов углерода отличалось от характерного для комет Солнечной системы и оказалось совместимо со сценарием формирования в среде с низким содержанием тяжёлых элементов на относительно раннем этапе истории Млечного Пути. Таким образом, химический состав межзвёздной кометы может сохранять информацию не только о её родительской планетной системе, но и об условиях в Галактике во время её рождения.
Исследователи также проверили, изменяются ли отношения обнаруженных ионов по мере удаления от ядра вдоль плазменного хвоста. Выраженных изменений для большинства компонентов обнаружено не было. Только содержание CH⁺ показало небольшое снижение с увеличением расстояния от кометы, однако авторы характеризуют этот результат как пограничный по статистической значимости.
3I/ATLAS позволяет впервые сравнивать химические условия формирования небольших ледяных тел в другой планетной системе с кометами, возникшими вокруг молодого Солнца. Если необычно высокое содержание молекулярного азота действительно связано с местом рождения объекта, комета могла сформироваться в очень холодной внешней области протопланетного диска своей родительской звезды, где летучие соединения могли эффективно сохраняться во льдах.
Дальнейшее объединение данных WEAVE с наблюдениями других наземных и космических телескопов позволит точнее восстановить химический состав 3I/ATLAS. Сравнение воды, угарного и углекислого газа, азота, металлов и их изотопов даёт астрономам редкую возможность исследовать вещество, сформировавшееся в другой планетной системе и естественным образом попавшее в окрестности Солнца.
Исследование в виде препринта на arXiv.