3I/ATLAS: Третий межзвездный объект демонстрирует «гиперактивное» выделение воды

3I/ATLAS: Третий межзвездный посетитель демонстрирует «гиперактивное» выделение воды

Появление межзвездного объекта (МЗО) в нашей Солнечной системе предоставляет редкую и чрезвычайно важную возможность изучить строительные блоки далеких планетных систем, не покидая окрестностей нашего космического дома. Последний такой гость, 3I/ATLAS, предоставил астрономам богатый массив данных, который ставит под сомнение предыдущие предположения о составе этих «бродячих» тел. В то время как первый межзвездный объект, 1I/Оумуамуа, предстал в виде сухого скалистого осколка, а второй, 2I/Борисов, вел себя как типичная комета, 3I/ATLAS оказался «гиперактивным». Новое исследование, основанное на космических наблюдениях, указывает на то, что 3I/ATLAS выделяет воду в масштабах, свидетельствующих о значительно ином пути эволюции по сравнению с его предшественниками.

Исследование, проведенное под руководством Ханьцзе Таня и Цзянь-Яна Ли из Лаборатории планетарных сред и астробиологических исследований (PEARL) Университета Сунь Ятсена совместно со Сяорань Янь из Института прикладной физики имени Нелло Каррара (IFAC–CNR), охарактеризовало выделение воды 3I/ATLAS во время его критического прохождения перигелия. Поскольку траектория объекта пролегала крайне близко к Солнцу, наземные телескопы не могли наблюдать его из-за солнечных бликов. Чтобы обойти это ограничение, исследователи обратились к инструменту SWAN (Solar Wind ANisotropies) на борту космического аппарата SOHO (Solar and Heliospheric Observatory), который отслеживает излучение Лайман-альфа атомов нейтрального водорода — побочного продукта распада молекул воды под воздействием солнечной радиации.

Характеристика гиперактивной природы 3I/ATLAS

Основным результатом исследования, опубликованного в недавнем препринте для Американского астрономического общества, является пиковая скорость выделения воды после перигелия ($Q_{\mathrm{H_2O}}$), составляющая примерно $4 \times 10^{28}$ молекул в секунду. Для наглядности исследователи рассчитали, что это требует минимальной «активной фракции» примерно в 30% поверхности объекта, при условии, что максимальный радиус ядра составляет 2,8 километра. В кометарной науке активная фракция такой величины считается признаком «гиперактивности», поскольку большинство комет Солнечной системы сублимируют лишь с небольшого процента площади своей поверхности.

Такой уровень активности проводит поразительную параллель с кометой 103P/Хартли 2, известной гиперактивной кометой в нашей Солнечной системе. Тань и его коллеги предполагают, что столь высокий уровень выделения воды, вероятно, происходит не только с поверхности ядра, но и из «распределенного источника» ледяных зерен. По мере приближения 3I/ATLAS к Солнцу объект, судя по всему, сбросил облако мелких ледяных частиц, которые сублимировали одновременно, создавая большую эффективную площадь поверхности для выделения воды, чем могло бы обеспечить само твердое ядро. Это позволяет предположить, что 3I/ATLAS может быть фрагментом гораздо более крупной, богатой летучими веществами планетезимали из своей родной системы.

Динамика асимметрии перигелия

Одним из наиболее значимых вкладов данного исследования является документирование «асимметрии перигелия» в поведении объекта. Сравнив измерения после прохождения перигелия с предыдущими данными до перигелия, команда обнаружила, что яркость 3I/ATLAS увеличивалась и уменьшалась с разной скоростью. На пути к Солнцу (на входящей ветви) выделение воды резко возрастало пропорционально $r_h^{-5.9 \pm 0.8}$ (где $r_h$ — гелиоцентрическое расстояние). Однако при удалении от Солнца (на исходящей ветви) спад был гораздо более пологим — $r_h^{-3.3 \pm 0.3}$.

Эта асимметрия служит своего рода «отпечатком пальца» тепловой эволюции объекта. Резкий подъем на входящем участке, вероятно, ознаменовал переход, когда 3I/ATLAS пересек «линию сублимации водяного льда» на расстоянии примерно 2–3 а.е., что вызвало внезапное пробуждение спящих летучих веществ. Более медленное снижение после перигелия указывает на то, что тепловая энергия, поглощенная во время максимального сближения, продолжала поддерживать активность даже тогда, когда объект отступал в более холодные области Солнечной системы. Исследователи использовали трехмерное моделирование методом Монте-Карло, чтобы подтвердить, что такое поведение было обусловлено солнечной инсоляцией, воздействующей на стабильную активную область, а не разовой вспышкой или фрагментацией.

Стабильный вестник из Галактики

Несмотря на интенсивный жар перигелия, 3I/ATLAS продемонстрировал удивительную структурную стабильность. В отличие от 2I/Борисова, который проявлял признаки оптической вспышки и резкого снижения выделения воды вблизи Солнца, 3I/ATLAS сохранял устойчивые показатели. По словам исследовательской группы, в течение окна наблюдений с ноября по декабрь 2025 года «не было никаких признаков вспышек или резкого истощения запасов воды». Такая стабильность указывает на однородный состав, в котором летучие вещества равномерно распределены по всей матрице ядра, а не заперты в изолированных карманах.

Динамический возраст 3I/ATLAS еще больше добавляет ему таинственности. Учитывая высокую гиперболическую избыточную скорость ($v_{\infty} \approx 58$ км/с), возраст объекта оценивается в диапазоне от 3 до 11 миллиардов лет. Этот возраст подразумевает, что он сформировался в ранней истории Галактики, возможно, еще до рождения нашего Солнца. Его «первозданная» природа — результат миллиардов лет пребывания в глубоком холоде межзвездного пространства — делает его внезапную гиперактивную реакцию на солнечное тепло важнейшей точкой данных для понимания формирования планетезималей в других звездных системах.

Сравнение трех межзвездных посетителей

Открытие и характеристика 3I/ATLAS позволяют провести захватывающее сравнительное исследование трех известных межзвездных объектов:

• 1I/Оумуамуа: Казался неактивным, без обнаруживаемой комы, что привело к появлению теорий — от фрагмента азотного льда до скалистого осколка.
• 2I/Борисов: Чрезвычайно богат летучими веществами с высоким соотношением CO/H2O, но склонен к фрагментации и вспышкам вблизи Солнца.
• 3I/ATLAS: Характеризуется «гиперактивным» выделением воды и стабильной комой с преобладанием зерен, что зеркально отражает поведение некоторых из наиболее активных комет в нашей системе.

Это разнообразие говорит о том, что «стандартного» межзвездного объекта не существует. Напротив, Млечный Путь, по-видимому, населен широким спектром малых тел, отражающих разнообразные химические и тепловые условия протопланетных дисков, в которых они сформировались.

Значение для будущего кометарной науки

Исследование Таня, Янь и Ли подчеркивает незаменимую роль космических средств, таких как SOHO, в современной астрономии. Без инструмента SWAN наиболее активная фаза 3I/ATLAS осталась бы для исследователей «черным ящиком». В то время как астрономическое сообщество готовится к будущим миссиям — таким как Comet Interceptor Европейского космического агентства (ESA), целью которой является ожидание в космосе нетронутой кометы или МЗО для входа в систему, — данные от 3I/ATLAS служат дорожной картой того, чего следует ожидать.

Заглядывая в будущее, стабильность и богатство водой 3I/ATLAS вселяют надежду на то, что будущие межзвездные посетители могут оказаться чем-то большим, чем просто мимолетные тени. Если такие объекты, как 3I/ATLAS, распространены повсеместно, они могут служить «галактическими системами доставки», перенося воду и органические молекулы через огромные расстояния между звездами. Пока же 3I/ATLAS продолжает свой путь обратно в межзвездную пустоту, оставляя после себя след данных, которые значительно расширили наше понимание о странствующих путешественниках галактики.