Ученые обнаружили высокое содержание молекулярного азота в межзвездной комете 3I/ATLAS

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.

Читать также:  Исследователи выявили недостатки в распространенных методах оценки биологического возраста

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.

Читать также:  Умирающие звезды вращаются быстрее, чем предполагалось ранее

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.

Читать также:  Физикам удалось зафиксировать нарушение законов термодинамики: создана жидкость, сохраняющая память о форме

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.