Polacy znów w światowej czołówce, przynajmniej jeśli chodzi o badania komet. Astronomowie z Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie donoszą o wykryciu gazowej formy niklu w atmosferze lodowej, międzygwiazdowej komety 2I/Borisov. To o tyle ciekawe, że metale ciężkie zazwyczaj towarzyszą środowiskom bardzo gorącym.
Polski zespół dokonał detekcji niklu z użyciem danych z ESO i teleskopu VLT (ang. Very Large Telescope). Wcześniej jednak belgijski zespół astronomów korzystających także z danych ESO/VLT zdołał wykazać, że żelazo i nikiel występują w atmosferach komet należących do Układu Słonecznego, w tym takich, które w momencie obserwacji znajdywały się bardzo daleko od Słońca.
- Wykrycie atomów żelaza i niklu w atmosferze wszystkich komet, które obserwowaliśmy w ciągu ostatnich dwóch dekad, było wielkim zaskoczeniem. Dotyczy to około 20, w tym nawet jednej znajdującej się daleko od Słońca w zimnym kosmicznym otoczeniu – mówi Jean Manfroid z University of Liège (Belgia), naukowiec kierujący nowymi badaniami komet i Układu Słonecznego. Wyniki jego zespołu ukazały się dziś w czasopiśmie Nature.
Komety naszego układu powstawały mniej więcej 4,6 miliarda lat temu, czyli w czasach, gdy on sam był jeszcze bardzo młody. Co więcej, od tego czasu niewiele się one zmieniły. - Są one dla astronomów niczym skamieniałości – podkreśla Emmanuel Jehin z University of Liège, współautor badań.
Wiadomo nie od dziś, że ciężkie pierwiastki zasadniczo występują w pyłowych i skalistych wnętrzach komet. Jednak metale w formie ciała stałego zazwyczaj nie sublimują (nie przechodzą szybkiej przemiany do stanu gazowego) w niskich temperaturach. Jest to z kolei możliwe, jeśli otoczenie komety staje się ciepłe, na przykład gdy zbliża się ona do Słońca. Detekcja pierwiastków ciężkich w przypadku komet znacznie oddalonych od naszej gwiazdy była zatem dla naukowców sporym zaskoczeniem. Znaleziono je w kometach odległych od Słońca nawet o 480 milionów kilometrów! Ciekawe jest również to, że żelazo i nikiel zdają się występować w kometach w przybliżeniu równych ilościach, podczas gdy typowa materia współczesnego Układu Słonecznego zawiera około dziesięć razy więcej żelaza niż niklu. Uzyskany wynik mówi nam zatem wiele o jego bardzo odległej przeszłości.
Obserwatorium Paranal należące do ESO, siedziba Bardzo Dużego Teleskopu (VLT). Położone na wysokości 2600 metrów Paranal znajduje się w jednym z najsuchszych i najbardziej opuszczonych obszarów na Ziemi, na pustyni Atakama w Chile. Źródło: ESO/J. Girard (djulik.com)
Aby wykryć te pierwiastki w atmosferach odległych komet, wykorzystano technikę spektroskopii pozwalającą astronomom na określanie składu chemicznego różnych obiektów. Każdy świecący (emitujący światło) pierwiastek chemiczny, także ten należący do danego obiektu astronomicznego, wysyła w kosmos unikalną sygnaturę – zestaw tzw. linii widmowych. Badając precyzyjnie światło dalekich ciał, możemy zatem uzyskać ich widmo, czyli zbiór takich linii, a następnie zidentyfikować je, porównując na przykład z widmami poszczególnych pierwiastków i związków występujących na Ziemi. W przypadku omawianych badań belgijskich astronomów widmo uzyskano korzystając z instrumentu Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph (UVES) na teleskopie VLT.
Na ilustracji: Linie emisyjne gazowego niklu atomowego w widmie bliskiego ultrafioletu komety 2I/Borisov. Źródło: P. Guzik & M. Drahus
- Zazwyczaj mamy 10 razy więcej żelaza niż niklu, ale w atmosferach tych komet znaleźliśmy mniej więcej takie same ilości obu pierwiastków. Wywnioskowaliśmy na tej podstawie, że mogą one pochodzić ze specjalnego rodzaju materiału występującego na powierzchniach jąder kometarnych, sublimującego już w niskich temperaturach i uwalniającego wówczas żelazo i nikiel w zbliżonych proporcjach - wyjaśnia Damien Hutsemékers z University of Liège. On i inni członkowie belgijskiego zespołu mają nadzieję, że te nowe badania przetrą szlaki dla wielu przyszłych odkryć. W szczególności, wiedząc już, że linie ciężkich pierwiastków w ogóle występują w kometach, inni uczeni będą mogli poszukiwać ich również w danych archiwalnych zebranych przez inne teleskopy. Z kolei sam skład tajemniczego dziś materiału pokrywającego komety zdoła być może określić spektrograf METIS (ang. Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph) na Ekstremalnie Wielkim Teleskopie ELT.
Czy jednak żelazo i nikiel można znaleźć "jeszcze dalej", na przykład w atmosferach komet pochodzących spoza samego Układu Słonecznego? Takie pytanie musieli postawić sobie Michał Drahus i Piotr Guzik z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie. Przyjrzeli się następnie nieco bliżej międzygwiazdowej komecie 2I/Borisov, którą już wcześniej (ponad rok temu) obserwowali z użyciem spektrografu X-shooter zainstalowanego na teleskopie VLT. Przypomnijmy – okazało się, że jej parametry orbitalne wskazują na tzw. hiperboliczną nadwyżkę prędkości rzędu 30 km/s, czyli porównywalną z nadwyżką prędkości wyznaczoną dla słynnej międzygwiazdowej planetoidy `Oumuamua (26 km/s).
Teraz z kolei polski zespół dowodzi, że zimna atmosfera tej komety też zawiera... gazowy nikiel. Wyniki pracy astronomów również ukazały się dzisiaj w Nature.
Odkrycie zaskoczyło samych autorów. - Najpierw trudno nam było uwierzyć, że nikiel atomowy naprawdę mógłby występować w komecie 2I/Borisov, aż tak daleko od Słońca. Trzeba było zrobić wiele testów sprawdzających zanim sami siebie przekonaliśmy, iż tak faktycznie jest – mówi Piotr Guzik.
Odkrycie jest faktycznie dość zaskakujące. Jak dotąd gaz zawierający atomy metali ciężkich obserwowano tylko w gorących kosmicznych środowiskach, takich jak atmosfery bardzo rozgrzanych planet pozasłonecznych czy parujące już w zasadzie komety przechodzące "zbyt" blisko Słońca. Warto dodać, że międzygwiazdową kometę 2I/Borisov naukowcy obserwowali i badali, gdy znajdowała się już w odległości około 300 milionów kilometrów od Słońca. To mniej więcej dwa razy więcej niż średnia odległość pomiędzy Ziemią a Słońcem. Nowe – zarówno polskie jak i belgijskie – wyniki mogą zatem świadczyć o tym, że komety Układu Słonecznego i komety dryfujące w przestrzeni międzygwiazdowej są do siebie pod wieloma względami podobne.
- Szczegółowe badanie obiektów międzygwiazdowych jest kluczowe dla nauki, ponieważ niosą one bezcenną informację o obcych systemach planetarnych, z których pochodzą. Nagle zrozumieliśmy, że gazowy nikiel jest obecny w atmosferach komet w innych zakątkach Galaktyki – mówi współautor badań polskiego zespołu, Michał Drahus. - Wyobraźmy sobie, że komety Układu Słonecznego mają swoje prawdziwe odpowiedniczki w innych systemach planetarnych – super, nieprawdaż? – dodaje.
Czytaj więcej:
- Oryginalny komunikat ESO
- Astronomowie z Krakowa: pierwsza odkryta kometa międzygwiezdna ma znajome cechy
- Publikacja: Gaseous atomic nickel in the coma of interstellar comet 2I/Borisov, P. Guzik, M. Drahus, Nature (19 V 2021)
- Publikacja: Iron and nickel atoms in cometary atmospheres even far from the Sun, J. Manfroid, D. Hutsemékers & E. Jehin, Nature (19 V 2021)
- Pierwsza międzygwiazdowa kometa może być najbardziej pierwotną
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
Źródło: ESO, OAUJ
Na ilustracji: Detekcja niklu w atmosferze międzygwiazdowej komety 2I/Borisov. W prawej dolnej części pokazano widmo światła komety, nałożone na jej optyczne, rzeczywiste zdjęcie wykonane teleskopem VLT z końcem 2019 r. Linie niklu oznaczono dziewięcioma pomarańczowymi znacznikami. Widmo to uzyskano z pomocą instrumentu X-shooter na teleskopie UT2 (Kueyen) wchodzącym w skład zespołu teleskopów VLT.
Źródło: ESO/L. Calçada/O. Hainaut, P. Guzik and M. Drahus
