Астрономы зафиксировали аномально высокую концентрацию молекулярного азота в межзвёздной комете под обозначением 3I/ATLAS. Анализ спектра плазменного хвоста кометы выявил, что соотношение между молекулярным азотом и угарным газом значительно превышает показатели, типичные для комет, вращающихся вокруг Солнца. Этот необычный химический состав подтверждает предположение о формировании 3I/ATLAS при крайне низких температурах в отдалённой внешней области другой планетной системы.

3I/ATLAS присоединилась к списку подтвержденных межзвездных объектов, включая 1I/Оумуамуа и 2I/Борисова, став третьим подобным открытием. Её впервые заметили 1 июля 2025 года, а уже на следующий день классифицировали как комету. 29 октября того же года комета приблизилась к Солнцу на расстояние примерно в 1,36 астрономических единиц. В отличие от 1I/Оумуамуа, у 3I/ATLAS проявилась заметная кометная активность, что позволило ученым изучать газ и пыль, образовавшиеся за пределами Солнечной системы.

Леа Фереллек, сотрудник Нортумбрийского университета, совместно с коллегами провела исследование кометы 3I/ATLAS после её прохождения перигелия, используя телескоп Уильяма Гершеля, расположенный на острове Ла-Пальма. Наблюдения осуществлялись 30 ноября и 2 декабря 2025 года при помощи интегрального спектрографа WEAVE-LIFU. Данный прибор позволяет одновременно получать спектральные данные с множества участков протяжённого объекта, что делает его эффективным инструментом для изучения ионизированного газа в кометном хвосте.

В направлении Солнца, в плазменном хвосте кометы, исследователи одновременно зарегистрировали пять видов ионов: молекулярного азота N₂⁺, угарного газа CO⁺, углекислого газа CO₂⁺, воды H₂O⁺ и CH⁺. Возможность одновременного измерения нескольких компонентов позволила сравнить их концентрацию и отследить изменения в их соотношении по мере удаления от ядра кометы.

Особый интерес вызвал N₂⁺. Молекулярный азот (N₂) – крайне летучее вещество, которое сложно удерживать в составе кометных льдов. Таким образом, его концентрация может содержать сведения о температуре и других физических параметрах, существовавших во время формирования кометы.

На основании соотношения N₂⁺/CO⁺ и известных показателей флуоресценции этих ионов, исследователи определили минимальное значение отношения между исходными нейтральными молекулами N₂ и CO, которое превышает 0,023 ± 0,001. Это означает, что на каждые сто молекул CO присутствует не менее примерно двух с половиной молекул N₂. По данному параметру комета 3I/ATLAS демонстрирует более высокое содержание молекулярного азота по сравнению с типичными кометами Солнечной системы.

При этом авторы отмечают существенное ограничение: данные об отношении других обнаруженных ионов нельзя напрямую экстраполировать на содержание соответствующих нейтральных молекул, поскольку химические и фотохимические процессы, протекающие в плазменном хвосте, имеют свои особенности. Тем не менее, совокупность полученных данных согласуется с имеющимися ранее свидетельствами о высоком содержании крайне летучих веществ в комете 3I/ATLAS.

Высокое содержание N₂ представляет особый интерес в контексте предыдущих исследований 3I/ATLAS. Наблюдения, проведенные до прохождения перигелия, выявили повышенное количество CO₂ и CO, а изотопный анализ показал значительное обогащение дейтерием – более чем на порядок превышающее значения, типичные для комет Солнечной системы. Эти данные ранее указывали на то, что объект сформировался в холодной среде с температурой не выше примерно 30 K (около −243 °C). Новое измерение молекулярного азота подтверждает гипотезу о холодном происхождении независимо.

Анализ изотопного состава азота также указывает на формирование кометы 3I/ATLAS во внешней области протопланетного диска. Ранее полученные данные об изотопах углерода отличались от характеристик, наблюдаемых у комет Солнечной системы, и согласуются с гипотезой о формировании в среде с дефицитом тяжёлых элементов на ранних этапах эволюции Млечного Пути. Таким образом, химический состав межзвёздной кометы способен хранить информацию не только о планетной системе её происхождения, но и об условиях существования в Галактике во время формирования.

Ученые также проверили, претерпевают ли соотношения обнаруженных ионов изменения по мере удаления от ядра вдоль плазменного хвоста. Для большинства компонентов значительных изменений не выявлено. Лишь содержание CH⁺ продемонстрировало небольшое снижение с увеличением расстояния от кометы, однако авторы считают этот результат статистически незначимым.

Комета 3I/ATLAS предоставляет уникальную возможность для сравнения условий химического формирования небольших ледяных тел в другой планетной системе с кометами, образовавшимися вокруг молодого Солнца. Если повышенное содержание молекулярного азота действительно связано с местом её рождения, то комета могла сформироваться в очень холодной внешней области протопланетного диска своей родительской звезды, где летучие вещества могли эффективно сохраняться в составе льдов.

Совместное использование данных, полученных при помощи WEAVE, и наблюдений с других наземных и космических телескопов позволит более точно определить химический состав кометы 3I/ATLAS. Сравнительный анализ воды, монооксида углерода, диоксида углерода, азота, металлов и их изотопного состава предоставляет астрономам редкую возможность изучить вещество, сформировавшееся в другой планетной системе и впоследствии попавшее в окрестности Солнца.

Исследование опубликовано в виде препринта на arXiv.