Международная команда ученых-астрономов, задействовав телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST), осуществила первый подробный минералогический анализ пылевого облака межзвездного тела 3I/ATLAS. Этот объект пролетал через внутреннюю область Солнечной системы в конце 2025 года. Результаты исследования, доведенные до сведения научного сообщества посредством публикации в специализированном журнале, ставят под вопрос общепринятые представления о формировании планетных систем и демонстрируют, что масштабное смешение вещества, свойственное нашей юной Солнечной системе, не является универсальным законом для всех звездных семейств.

В центре внимания исследовательской группы оказалось так называемое «излучение при 10 микрометрах» — характерный пик в инфракрасном спектре, обусловленный колебаниями кремний-кислородных связей в силикатных минералах. Этот спектральный отпечаток широко известен среди астрономов и встречается у астероидов, комет, протопланетных дисков и межзвездной среды. Изучение формы этого пика выявило, что пыль вокруг ядра 3I/ATLAS практически целиком состоит из стекловидных силикатов – минералов без упорядоченной кристаллической структуры.

Это открытие выделяет объект 3I/ATLAS среди комет нашей Солнечной системы. Все ранее исследованные кометы, включая знаменитую кому Галлея и объекты, изученные в рамках миссий Deep Impact и Stardust, содержат значительное количество кристаллических силикатов. Наличие подобных минералов в кометах Солнечной системы служит прямым доказательством масштабного радиального перемешивания вещества на ранних этапах формирования протопланетного диска – когда высокотемпературные соединения из внутренних областей переносились на удаленные окраины, где смешивались с летучими льдами и небольшим количеством досолнечного материала. В случае 3I/ATLAS подобный сценарий не подтверждается отсутствием кристаллических силикатов.

Состав пыли объекта 3I/ATLAS оказался более сопоставим с веществом, наблюдаемым в переходных протопланетных дисках на поздних этапах их развития и материалом межзвездной среды. В частности, спектр этого тела практически идентичен наблюдениям за межзвёздной пылью по направлению к некоторым звёздам, что указывает на его сходство с неповрежденным, первичным веществом, которое еще не подвергалось процессам высокотемпературной кристаллизации. Это позволяет предположить, что 3I/ATLAS сформировался в удаленной и холодной области своей родной планетной системы, используя преимущественно материал, непосредственно унаследованный из межзвездной среды, минуя этапы интенсивного воздействия близ материнской звезды.

Помимо основного пика, связанного с частицами размером около десяти микрон, исследователи провели детальный анализ особенности на длине волны 6.9 микрон – явления, которое долгое время оставалось неразгаданным для астрофизиков. В случае кометы 3I/ATLAS эта полоса проявляется в виде широкого и ровного максимума. Ученые сопоставили его с лабораторными спектрами различных соединений, включая карбонаты (солевые образования на основе угольной кислоты, такие как доломит или кальцит) и соли аммония. Наилучшее соответствие по форме и ширине линии демонстрируют карбонатные соединения; однако для их подтверждения требуется наличие дополнительных слабых полос в диапазоне 11-14 микрон, которые у кометы 3I/ATLAS отсутствуют. Альтернативным объяснением может быть присутствие иона аммония, что поддержало бы идею о происхождении материала из межзвёздных льдов; однако эта гипотеза сталкивается с проблемой устойчивости таких солей при измеренной температуре пыли (около 180-200 Кельвинов). Попытки связать эту особенность с органическими веществами, такими как полициклические ароматические углеводороды или алифатические молекулы, были признаны маловероятными из-за отсутствия характерных полос.

Учёные рассмотрели два возможных объяснения аморфной структуры силикатов в комете 3I/ATLAS. Согласно первому варианту, длительное воздействие интенсивного космического излучения и ударных волн от взрывов сверхновых в межзвёздном пространстве на протяжении сотен миллионов или даже миллиардов лет могло разрушить кристаллическую структуру минералов. Однако эта гипотеза вызывает серьёзные сомнения. Во-первых, кометы из облака Оорта проводят сравнимое время в условиях, напоминающих межзвёздную среду, но сохраняют кристаллические силикаты. Во-вторых, расчёты скорости потери массы 3I/ATLAS при прохождении Солнечной системы показывают, что эрозия поверхности составила лишь несколько до нескольких десятков метров – недостаточно для полного «омоложения» вещества и стирания следов его длительной космической обработки. Поэтому учёные склоняются ко второму сценарию: наблюдаемый минералогический состав является изначальной характеристикой материала, из которого сформировался этот объект в своей родной планетной системе.

Дополнительные данные об изотопном составе 3I/ATLAS также подтверждают эту точку зрения. Аномально высокое соотношение дейтерия к водороду (D/H) и низкое содержание тяжёлого изотопа углерода (13C) указывают на то, что летучие вещества не подвергались переработке в газовой фазе протопланетного диска, а были непосредственно унаследованы из холодной межзвёздной среды. Это говорит о том, что 3I/ATLAS представляет собой фрагмент тела, сформировавшегося на значительном удалении от своей звезды, где процессы перемешивания вещества были ограничены. Причиной тому могли стать так называемые «мертвые зоны» в протопланетном диске – области с низкой турбулентностью, препятствующие миграции вещества, или формирование на дальних снеговых линиях углекислого газа, угарного газа и метана, что объясняет необычайно богатый и разнообразный набор летучих соединений этого объекта.

Таким образом, 3I/ATLAS стал первым образцом из другой планетной системы, доступным для непосредственного изучения. Его исследование демонстрирует, что сценарии формирования планетных систем могут быть гораздо более сложными, чем считалось ранее, и масштабное смешивание вещества – ключевой этап эволюции нашей Солнечной системы – не является обязательным условием для образования зародышей планет в других системах. Авторы работы подчеркивают, что их выводы ставят под сомнение универсальность моделей радиального переноса вещества и открывают новую перспективу в изучении связи между развитием протопланетных дисков и формированием малых тел в экзопланетарных мирах.

Исследование опубликовано в журнале The Astrophysical Journal.