JWST upptäcker metan på det interstellära objektet 3I/ATLAS

JWST karakteriserar det interstellära objektet 3I/ATLAS – detekterar metan och volatila ämnen under ytan

James Webb-teleskopet (JWST) har uppnått en betydande milstolpe i studiet av extrasolära besökare genom att utföra den första mid-infraröda spektroskopiska analysen någonsin av det interstellära objektet 3I/ATLAS. Denna tredje bekräftade besökare från bortom vårt solsystem har gett astronomer en sällsynt och detaljerad inblick i den kemiska sammansättningen hos en kropp som bildats i en avlägsen, främmande miljö. Med hjälp av teleskopets Mid-Infrared Instrument (MIRI) observerade ett forskarlag, inkluderande Matthew Belyakov, Ian Wong och Bryce T. Bolin, objektet efter dess perihelium. De samlade in data som tyder på en komplex historia av termisk bearbetning och bevarandet av urgamla volatila ämnen under ytan. Fynden, som erhölls under observationer i december 2025, representerar ett paradigmskifte i vår förmåga att undersöka byggstenarna i andra stjärnsystem.

Ankomsten av 3I/ATLAS följer i fotspåren av den gåtfulla 1I/’Oumuamua och den mer traditionellt kometliknande 2I/Borisov. 3I/ATLAS har dock erbjudit en unik möjlighet till karaktärisering tack vare dess orbitala timing och JWST:s oöverträffade känslighet. Kinematisk analys tyder på att detta objekt sannolikt härstammar från Vintergatans tjocka skiva, en region befolkad av urgamla stjärnor, och närmade sig vårt solsystem från stjärnbilden Skytten. Genom att studera sådana objekt kan forskare avgöra om de kemiska ritningarna för vårt eget solsystem är typiska eller om vi är avvikare i det galaktiska grannskapet. Observationerna av 3I/ATLAS utfördes vid heliocentriska avstånd på 2,20 och 2,54 au, vilket gav ett fönster in i objektets utgasningsbeteende när det påbörjade sin långa resa tillbaka till det interstellära tomrummet.

Den vetenskapliga betydelsen av 3I/ATLAS och dess volatila signatur

För att fånga det kemiska fingeravtrycket hos 3I/ATLAS använde forskarna Medium-Resolution Spectrometer (MRS) på JWST:s MIRI-instrument. Detta möjliggjorde detektering av specifika fluorescensdrag över våglängdsområdet 5–28 mikrometer. Bland de främsta upptäckterna fanns den tydliga detekteringen av vattenångans \(\nu_2\)-band mellan 5,8 och 7,0 mikrometer, tillsammans med det primära \(\nu_2\)-bandet och associerade heta band av koldioxid (CO₂) centrerade kring 15 mikrometer. Dessa mätningar avslöjade en slående kemisk profil: 3I/ATLAS uppvisar ett ovanligt högt förhållande mellan koldioxid och vatten på cirka 8:1. Detta förhållande är betydligt högre än vad som observerats hos typiska kometer i solsystemet, vilket tyder på att objektet kan ha bildats i en region berikad med koldioxid eller möjligen under specifika strålningsförhållanden som förändrade dess ursprungliga kemi.

Utöver de vanliga volatila ämnena avslöjade MIRI-spektra även en förbjuden övergång av atomärt nickel vid 7,507 mikrometer. Närvaron av sådana tungmetallångor i en kometkoma är ett fenomen som först nyligen har erkänts hos kometer i solsystemet, och dess detektering i ett interstellärt objekt understryker likheterna i vissa termiska processer mellan olika stjärnsystem. Teamet observerade också en utbredd källa till vattenproduktion inom koman nära kärnan, vilket tyder på att utgasningen inte bara kommer från själva kärnan utan även från isiga korn som dragits med i koman. Detta fenomen med en "utbredd källa" ger ledtrådar om den fysiska strukturen hos 3I/ATLAS och antyder en bräcklig, isig sammansättning som tappar material när den värms upp.

Genombrott i detekteringen av metan och material under ytan

Det kanske mest banbrytande resultatet av JWST-kampanjen är den första direkta detekteringen av metan (CH₄) i ett interstellärt objekt. Metan är en mycket volatil art som ofta utarmas från ytskikten på kometkroppar på grund av soluppvärmning. I fallet med 3I/ATLAS noterade forskarna en fördröjd start av metanproduktionen i förhållande till vatten. Detta tyder på att metanet inte fanns på den omedelbara ytan utan istället var inneslutet i obearbetat material under ytan. När solens värme trängde djupare in i objektet under dess perihelium-passage frigjordes dessa "färska" volatila ämnen, vilket gav en inblick i det orörda material som förblivit oförändrat sedan objektets bildande för miljontals eller miljarder år sedan.

Denna upptäckt besvarar en långvarig fråga angående förekomsten av metan på interstellära objekt. Medan tidigare observationer av 2I/Borisov antydde olika kolbärande molekyler, bekräftar den direkta identifieringen av CH₄ i 3I/ATLAS att dessa interstellära resenärer bär med sig de nödvändiga organiska föregångarna för komplex kemi. Det berikade CH₄:H₂O-förhållandet, jämfört med baslinjen för kometer i Oorts moln, skiljer ytterligare 3I/ATLAS som en kemiskt distinkt entitet. Framväxten av metan under ytan fungerar som en "termisk klocka" som berättar historien om hur objektets yttersta skikt bearbetades av interstellär strålning och tidigare uppvärmningshändelser, medan dess inre förblev en kryogen tidskapsel från en annan värld.

Komparativ planetologi och dynamiken i 3I/ATLAS utgasning

JWST-observationerna delades upp i två distinkta epoker med 12 dagars mellanrum i december 2025. Denna timing gjorde det möjligt för forskarlaget att spåra utvecklingen av objektets aktivitet när det rörde sig längre bort från solen. Intressant nog visade data på en betydande minskning av den totala utgasningen under denna korta period. Mest anmärkningsvärt var att den uppmätta vattenaktivitetsnivån sjönk kraftigare än för de andra gasformiga arterna. Denna differentiella utgasning ger avgörande data om volatiliteten hos de involverade materialen; när ytan svalnar är vatten – som kräver mer energi för att sublimera än CO₂ eller CH₄ – den första att uppvisa en minskad produktion. Detta beteende befäster ytterligare 3I/ATLAS status som en kropp som är mycket rik på volatila ämnen jämfört med de mer "tempererade" kometer som finns i det inre solsystemet.

Vid jämförelse mellan 3I/ATLAS och lokala kometer förblir den mest slående skillnaden anrikningen av koldioxid. Medan de flesta kometer i Oorts moln har vatten som sitt dominerande volatila ämne, verkar 3I/ATLAS domineras av koloxider. Denna kemiska signatur kan peka mot en bildningsmiljö i en protoplanetär skiva runt en stjärna som är svalare än vår sol, eller kanske i en region av en skiva där koldioxid-is kunde dominera över vatten-is. Forskarna föreslår att 3I/ATLAS kan ha sitt ursprung i en övergångszon mellan galaxens tunna och tjocka skivor, potentiellt inom en ursprunglig planetesimalskiva eller ett exo-Oort-moln som stördes av stjärnmöten.

Framtida riktningar inom interstellär forskning

Den framgångsrika karaktäriseringen av 3I/ATLAS markerar början på en ny era inom "utomjordisk" astronomi. Genom att fastställa en kemisk baslinje för interstellära besökare tillhandahåller JWST de data som krävs för att bygga mer exakta modeller av hur planetsystem bildas och utvecklas i galaxen. Närvaron av metan, koldioxid och atomärt nickel i en enda interstellär kropp tyder på att mångfalden hos dessa objekt kan vara ännu större än tidigare förväntat. Varje ny besökare ger ett "gratis" prov av ett avlägset solsystem, vilket sparar oss den omöjliga resan på flera ljusår för att nå dem.

Looking forward, det vetenskapliga samfundet förbereder sig för en våg av sådana upptäckter. Det kommande Vera C. Rubin-observatoriet, med sin Legacy Survey of Space and Time (LSST), förväntas upptäcka många fler interstellära objekt när de kommer in i vårt grannskap. Med JWST som bidrar med högupplöst uppföljningskapacitet kommer astronomer snart att gå från att studera enskilda kuriositeter som 3I/ATLAS till att utföra statistiska undersökningar av interstellär kemisk mångfald. Denna växande förståelse för hur volatila ämnen bevaras över de enorma avstånden i rymden kommer i slutändan att hjälpa oss att förstå ursprunget till livets byggstenar och förekomsten av beboeliga miljöer i hela Vintergatan.