Váratlan hasonlóságra bukkantak a Naprendszer üstökösei és csillagközi vendég, a 2I/Borisov között

Nincsen jövőnk tudomány nélkül, nincsen Qubit nélkületek. Támogasd a munkánkat!

Egyre inkább kezdenek feltárulni a csillagközi térből Naprendszerünkbe érkező második eddig megfigyelt objektum, a 2I/Borisov üstökös titkai, amely nem csak egy más bolygórendszerről hordoz információkat, hanem saját kozmikus otthonunk létrejöttét is segíthet megérteni.

Ehhez visz közelebb egy szerdán a Nature folyóiratban megjelent kutatás, amely szerint a 2019. augusztus 31-én felfedezett csillagközi üstökös kómájában nikkelatomok találhatók. Az üstökösök összetételét általában ennek a magot körülvevő porból, jégből és gázokból álló kómának a megfigyelésével vizsgálják csillagászok. Egy másik, szintén a Nature-ben közölt tanulmány pedig arra utal, hogy a 2I/Borisov korábbi elgondolásokkal ellentétben nincs ezzel egyedül, és naprendszerbeli üstökök kómájában is találhatók nikkel-, illetve vasatomok is.

A 2I/Borisov csillagközi üstökös. Pont úgy néz ki, mint egy üstökös.Fotó: NASA, ESA, D. Jewitt (UCLA)

A fémek jelenlétét a Naptól távoli üstökösökön eddig nem sikerült az üstökösmagon kívül, a kómában kimutatni, mert hőmérsékletük általában túl alacsony ehhez. Kivételt képeznek azok az időszakok, amikor a Nap közelében haladnak el, ahol a felszín a vasat vagy nikkelt tartalmazó por szublimációjához szükséges több száz fokra is felhevülhet. A többnyire jégből és porból álló, a bolygók 4,5 milliárd évvel ezelőtti keletkezésének idejéből visszamaradt üstökösök vizsgálata segít megérteni, hogyan és milyen környezetben formálódott a Naprendszer, ideértve az ekkor lezajló kémiai folyamatokat is, amelyek az élet keletkezésével kapcsolatos kérdések megválaszolásához vihetnek közelebb.

Legutóbb március végén foglalkoztunk a 2I/Borisovval, amikor két kutatás is arra utalt, hogy a csillagközi eredetű üstökös egy nagyon ősi, szinte érintetlen objektum, amely egy másik bolygórendszerben való létrejötte óta a Nappal való találkozásáig egyetlen másik csillag mellett sem haladt el. Akkor az is kiderült, hogy az üstökös magja összetételét tekintve többfajta anyagból áll, ami a 2I/Borisov saját eredeti bolygórendszeréről és keletkezésének körülményeiről hordoz információkat. Írtunk korábban arról is, hogy a 2I/Borisov űrszondával való megközelítése elvi szinten lehetséges ugyan, de komoly technológiai kihívást jelentene.

A nikkelatomok jelenléte a 2I/Borisov kómájában éppen a korábbi eredmények miatt érte váratlanul a felfedezőket, Piotr Guzik és Michał Drahus lengyel csillagászokat. Hiszen ezek szerint a 2I/Borisov sosem járt még elég közel egy csillaghoz ahhoz, még a Nap melletti elhaladásakor sem, hogy az üstökösmag a nikkelt tartalmazó felszíni por szublimációjához szükséges hőmérsékletre felforrósodjon. A lengyel kutatók megfigyelésével szinte egyidejűleg Jean Manfroid és belga csillagász kollégái kimutatták, hogy a Naprendszer üstököseinek kómája is tartalmaz nikkelt és vasat is. Ez egyrészt arra utal, hogy a nikkel egy alternatív mechanizmus révén keletkezik az üstökösökön, alacsonyabb hőmérsékleten, másrészt megvilágít még egy, a csillagközi vendég és a Naprendszer üstökösei közötti hasonlóságot.

A Borisov körül senki nem számított nikkelre

A lengyel csillagászok a 2I/Borisov összetételének vizsgálatára irányuló megfigyeléseiket az európai déli obszervatórium chilei Nagyon Nagy Távcsövével (VLT, Very Large Telescope) végezték, 2020 januárjában. Korábbi mérések azt már kimutatták, hogy a 2I/Borisov összetétele hasonlít a szén-monoxidban gazdag naprendszerbeli üstökösökéhez. Guzik és Drahus a teleszkóp XSHOOTER spektrográfjával azonban meglepő dolgot, atomi formában jelenlévő nikkelt talált a különleges üstökös kómájában. Az ultraibolya tartományban végzett mérés idején a 2I/Borisov a Föld-Nap átlagos távolságának 2,3-szorosára járt a Naptól, és hőmérséklete közel -93 Celsius-fok volt. Ez jóval elmarad attól a 426 Celsius-foktól, ami az üstökösön lévő por szublimációjához szükséges.

A szakemberek méréseik megerősítéséhez olyan modelleket hoztak létre, amelyek megadták at üstökösről várt emissziós színképet, figyelembe véve az üstökösre érkező napsugárzás mértékét és az üstökös sebességét. Az így kapott színkép szinte teljesen megfelelt annak, amit a mérés során kaptak; a kisebb különbségek a szerzők szerint magyarázhatók a megfigyelés közben keletkező zajjal vagy a modell egyes bemeneti értékeinek bizonytalanságával. A mérés és a modell eredményeit összerakva a kutatók arra jutottak, hogy a nikkel a 2I/Borisov kómájának parányi részét teszi ki, a vízből származó hidroxilcsoporthoz viszonyítva csupán 0,002 százalékát.

A modellek egyben arra a kérdésre is segítettek választ adni, hogy miként jöhet létre a nikkel ilyen alacsony hőmérsékleten. A megoldás a kutatók szerint egy fotolízisnek nevezett kémiai reakcióban keresendő, amikor fotonok hatására kémiai vegyületek alkotórészeikre bomlanak. Azaz a Borisov és más üstökösök esetén a fém a napsugárzás hatására széteső, nikkelt tartalmazó szerves molekulákból származhat.

Sok hasonlóság van a Borisov és saját üstököseink közt 

A belga kutatók ezzel egy időben azt modellezték, hogy milyen erősségű és hullámhosszú emissziós színképet bocsátanak ki a nikkel- és vasatomok, ha a napfény megvilágítja őket. Ezt összevetették 20 olyan különböző naprendszerbeli üstökösökről gyűjtött megfigyeléssel, amelyek a mérések idején a Nap és a Föld átlagos távolságának 0,6-3,3-szorosára voltak a Naptól. Ezek a spektroszkópiai adatok, amik az üstökösök kómájának kémiai összetételét tárják fel, a már említett chilei Nagyon Nagy Távcsővel készültek az elmúlt két évtizedben. Kiderült, hogy a naprendszerbeli üstökösökre reprezentatív megfigyelési adatbázis több tucat gyenge, de egyértelműen vas és nikkel jelenlétére utaló színképet tartalmaz.

A NASA Deep Impact (EPOXI) űrszondájának 2010-es felvétele a 103P/Hartley üstökös magjáról.Fotó: NASA/JPL-Caltech/UMD

A szakemberek azt is kiszámolták, hogy mennyi fémet veszítenek ezek a naprendszerbeli üstökösök egy adott időtartam alatt. A 103P (Hartley) üstökös esetén arra jutottak, hogy az üstökösmagból távozó vas mennyisége nagyon alacsony, mindössze 1 gramm per másodperc, ami szinte elhanyagolható az üstökösről másodpercenként elszökő 100 kilogramm vízhez képest. Ugyanez igaz nagyjából az összes, a kutatásban vizsgált üstökösre. A csillagászok kollégáikkal egyetértésben felvetik, hogy a megfigyelt vasat és nikkelt szerves molekulák fotolízise hozhatja létre, ugyanakkor részletesen foglalkoznak más lehetséges folyamatokkal is, amelyeket jelenleg hasonlóan reálisnak tartanak.

„Ennek az anyagnak a kimutatása a 2I/Borisov és naprendszerbeli üstökösök hideg kómájában megmutatja, hogy még több egyezés van köztük, mint gondoltuk, és megerősítik a 2I/Borisov ismeretlen születési helye és a saját naprendszerünk közti hasonlóságot"

– írták tanulmányuk végén a 2I/Borisov kómájában nikkelt felfedező lengyel csillagászok.

Független szakértők a Nature-ben közölt véleménycikkükben meglepőnek nevezték a 2I/Borisov és a naprendszerbeli üstökösök közti hasonlóság felfedezését. Úgy látják, a nikkel- és vasatomokat a kómába juttató folyamat pontos meghatározása és megértése feltárhatja egy másik bolygórendszer szerves kémiai környezetét, valamint lehetővé teheti annak saját naprendszerünkkel való összehasonlítását.

Járvány, klímaváltozás, forradalmak – mindez csak három dermesztő arca annak a felbolydult világnak, ami ránk vár. Lesz még neki jó pár. Ha teheted, segítsd a munkánkat, mi megháláljuk a bizalmadat, és ebben a nagy zavarodottságban hitelesen, alaposan és közérthetően magyarázzuk el, hogy a legégetőbb kérdésekre milyen válaszokat adnak a sárgolyó legnagyobb elméi. Maradj velünk. Támogatom a Qubit szerkesztőségét!

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: