3I/ATLAS: Trzeci międzygwiezdny gość ujawnia „hiperaktywną” produkcję wody

3I/ATLAS: Trzeci międzygwiezdny przybysz ujawnia „hiperaktywną” produkcję wody

Pojawienie się międzygwiezdnego obiektu (ISO) w naszym Układzie Słonecznym stanowi rzadką i niezwykle istotną okazję do zbadania budulca odległych systemów planetarnych bez konieczności opuszczania własnego kosmicznego podwórka. Najnowszy taki gość, 3I/ATLAS, dostarczył astronomom bogactwa danych, które podważają wcześniejsze założenia dotyczące składu tych koczowniczych ciał. Podczas gdy pierwszy obiekt międzygwiezdny, 1I/‘Oumuamua, jawił się jako suchy, skalisty odłamek, a drugi, 2I/Borisov, zachowywał się bardziej jak typowa kometa, 3I/ATLAS okazał się być „hiperaktywny”. Nowe badania wykorzystujące obserwacje kosmiczne wskazują, że 3I/ATLAS uwalnia wodę na skalę, która sugeruje wyraźnie inną historię ewolucyjną niż w przypadku jego poprzedników.

Badanie prowadzone przez Hanjie Tan i Jian-Yang Li z Planetary Environmental and Astrobiological Research Laboratory (PEARL) na Uniwersytecie Sun Jat-sena, wraz z Xiaoran Yanem z Institute of Applied Physics „Nello Carrara” (IFAC–CNR), scharakteryzowało produkcję wody przez 3I/ATLAS podczas jego krytycznego przejścia przez peryhelium. Ponieważ trajektoria obiektu przebiegała ekstremalnie blisko Słońca, teleskopy naziemne nie były w stanie go obserwować ze względu na blask słoneczny. Aby ominąć to ograniczenie, naukowcy zwrócili się ku instrumentowi Solar Wind ANisotropies (SWAN) na pokładzie sondy SOHO (Solar and Heliospheric Observatory), który monitoruje emisje Lyman-alfa z neutralnych atomów wodoru – produktu ubocznego cząsteczek wody ulegających dysocjacji pod wpływem promieniowania słonecznego.

Charakterystyka hiperaktywnej natury 3I/ATLAS

Głównym wnioskiem z badań, opublikowanych w niedawnym szkicu dla American Astronomical Society, jest szczytowa szybkość produkcji wody po peryhelium ($Q_{\mathrm{H_2O}}$) wynosząca około $4 \times 10^{28}$ cząsteczek na sekundę. Aby spojrzeć na to z odpowiedniej perspektywy, badacze obliczyli, że wymaga to minimalnej „aktywnej frakcji” obejmującej około 30% powierzchni obiektu, przy założeniu maksymalnego promienia jądra wynoszącego 2,8 kilometra. W nauce o kometach aktywna frakcja o tej wielkości jest uważana za „hiperaktywną”, ponieważ większość komet z Układu Słonecznego sublimuje jedynie z niewielkiego procenta swojej powierzchni.

Ten poziom aktywności wykazuje uderzające podobieństwo do komety 103P/Hartley 2, dobrze znanej hiperaktywnej komety w naszym własnym Układzie Słonecznym. Tan i współpracownicy sugerują, że wysoka szybkość produkcji prawdopodobnie nie pochodzi wyłącznie z powierzchni jądra, lecz raczej z „rozproszonego źródła” lodowych ziaren. Gdy 3I/ATLAS zbliżał się do Słońca, wydaje się, że odrzucił chmurę małych, lodowych cząstek, które sublimowały jednocześnie, tworząc większą efektywną powierzchnię uwalniania wody, niż mogłoby zapewnić samo stałe jądro. Sugeruje to, że 3I/ATLAS może być fragmentem znacznie większego, bogatego w substancje lotne planetezymala ze swojego macierzystego układu.

Dynamika asymetrii peryhelium

Jednym z najistotniejszych wkładów tego badania jest udokumentowanie „asymetrii peryhelium” w zachowaniu obiektu. Porównując pomiary po przejściu przez peryhelium z wcześniejszymi danymi sprzed peryhelium, zespół odkrył, że jasność 3I/ATLAS nie rosła i nie malała w tym samym tempie. Podczas podróży w kierunku Słońca produkcja wody gwałtownie rosła, skalując się jako $r_h^{-5.9 \pm 0.8}$ (gdzie $r_h$ to odległość heliocentryczna). Jednakże, gdy obiekt oddalał się od Słońca, spadek był znacznie łagodniejszy i wynosił $r_h^{-3.3 \pm 0.3}$.

Ta asymetria stanowi swoisty odcisk palca ewolucji termicznej obiektu. Gwałtowny wzrost przy zbliżaniu się prawdopodobnie oznaczał moment, w którym 3I/ATLAS przekroczył „linię sublimacji lodu wodnego” w odległości około 2 do 3 au, co spowodowało nagłe przebudzenie uśpionych substancji lotnych. Łagodniejszy spadek po peryhelium sugeruje, że energia termiczna pochłonięta podczas największego zbliżenia nadal napędzała aktywność, nawet gdy obiekt wycofywał się w zimniejsze rejony Układu Słonecznego. Naukowcy wykorzystali trójwymiarowe modelowanie metodą Monte Carlo, aby potwierdzić, że zachowanie to było napędzane przez insolację słoneczną oddziałującą na stabilny, aktywny obszar, a nie przez jednorazowy wybuch czy zdarzenie fragmentacji.

Stabilny posłaniec z Galaktyki

Mimo intensywnego ciepła w peryhelium, 3I/ATLAS wykazał niezwykłą stabilność strukturalną. W przeciwieństwie do 2I/Borisov, która wykazywała oznaki wybuchu optycznego i gwałtownego spadku produkcji wody w pobliżu Słońca, 3I/ATLAS utrzymał stałą wydajność. Według zespołu badawczego, podczas okna obserwacyjnego od listopada do grudnia 2025 roku „nie było żadnych oznak wybuchów ani gwałtownego wyczerpania produkcji wody”. Ta stabilność sugeruje jednorodny skład, w którym substancje lotne są rozmieszczone równomiernie w całej strukturze jądra, a nie uwięzione w odizolowanych kieszeniach.

Wiek dynamiczny 3I/ATLAS dodatkowo potęguje jego tajemniczość. Przy wysokiej hiperbolicznej prędkości nadmiarowej ($v_{\infty} \approx 58$ km/s), wiek obiektu szacuje się na 3 do 11 miliardów lat. Wiek ten sugeruje, że powstał on we wczesnej historii Galaktyki, potencjalnie przed narodzinami naszego Słońca. Jego „pierwotna” natura – wynikająca z miliardów lat spędzonych w głębokim zimnie przestrzeni międzygwiezdnej – sprawia, że jego nagła, hiperaktywna reakcja na ciepło słoneczne jest kluczowym punktem danych dla zrozumienia procesów powstawania planetezymali w innych układach gwiezdnych.

Porównanie trzech międzygwiezdnych gości

Odkrycie i charakterystyka 3I/ATLAS pozwalają na fascynujące badanie porównawcze trzech znanych obiektów międzygwiezdnych:

• 1I/‘Oumuamua: Pozornie nieaktywny, bez wykrywalnej komy, co prowadzi do teorii rozciągających się od fragmentu lodu azotowego po skalisty odłamek.
• 2I/Borisov: Bardzo bogaty w substancje lotne z wysokim stosunkiem CO/H2O, ale podatny na fragmentację i wybuchy w pobliżu Słońca.
• 3I/ATLAS: Charakteryzujący się „hiperaktywną” produkcją wody i stabilną komą zdominowaną przez ziarna, co odzwierciedla niektóre z najaktywniejszych komet w naszym własnym układzie.

Ta różnorodność sugeruje, że „standardowy” obiekt międzygwiezdny nie istnieje. Zamiast tego Droga Mleczna wydaje się być zaludniona przez szeroką gamę małych ciał, odzwierciedlających zróżnicowane środowiska chemiczne i termiczne dysków protoplanetarnych, w których powstały.

Implikacje dla przyszłości kometologii

Badanie przeprowadzone przez Tana, Yana i Li podkreśla niezastąpioną rolę zasobów kosmicznych, takich jak SOHO, we współczesnej astronomii. Bez instrumentu SWAN najaktywniejsza faza 3I/ATLAS pozostałaby dla badaczy „czarną skrzynką”. Podczas gdy społeczność astronomiczna przygotowuje się do przyszłych misji – takich jak Comet Interceptor Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), której celem jest oczekiwanie w przestrzeni kosmicznej na pierwotną kometę lub ISO wchodzące do układu – dane z 3I/ATLAS dostarczają mapy drogowej tego, czego należy się spodziewać.

Patrząc w przyszłość, stabilność i bogata w wodę natura 3I/ATLAS dają nadzieję, że przyszli międzygwiezdni goście mogą być czymś więcej niż tylko przelotnymi cieniami. Jeśli obiekty takie jak 3I/ATLAS są powszechne, mogłyby służyć jako „galaktyczne systemy dostawcze”, przenoszące wodę i cząsteczki organiczne przez ogromne odległości między gwiazdami. Na razie 3I/ATLAS kontynuuje swoją podróż z powrotem w międzygwiezdną próżnię, pozostawiając za sobą ślad danych, które znacząco poszerzyły naszą wiedzę o wędrowcach galaktyki.