Экстремальное изотопное фракционирование протия и дейтерия в метане межзвездной кометы 3I/ATLAS по результатам наблюдений JWST. Иллюстрация создана алгоритмом ChatGPT.
Межзвездная комета 3I/ATLAS, все еще путешествующая через Солнечную систему, оказалась настоящим архивом космической истории. Астрономы обнаружили в ее метане необычайно высокую концентрацию тяжелого водорода — дейтерия. Эта находка позволяет предположить, что ледяные вещества, из которых сформировалась комета, возникли в исключительно холодной среде возле другой звезды или в межзвездном газопылевом облаке. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.
Команда ученых под руководством Натана Рота из Американского университета и Центра космических полетов имени Годдарда NASA использовала данные космического телескопа «Джеймс Уэбб».
Тяжелый водород выдал космическое прошлое
Наблюдения проводились 22 и 23 декабря 2025 года, когда комета 3I/ATLAS находилась на расстоянии примерно 2,4 а.е. от второй точки Лагранжа (L2) — «места прописки» JWST. Телескоп исследовал инфракрасное излучение газовой оболочки кометы — комы, окружающей ее ледяное ядро.
Ученые искали особую разновидность метана (CH4), в молекуле которого хотя бы один атом обычного водорода заменен дейтерием (CH3D). В отличие от привычного водорода, ядро дейтерия содержит не только протон, но и дополнительный нейтрон. Поэтому его называют тяжелым водородом. Варианты с большим дейтерированием метана гораздо менее вероятны — полная замена CH4 на CD4 возможна чисто теоретически. Опять же многое зависит от температуры и интенсивности ионизирующего излучения в области изотопного фракционирования.
Пропорции протия и дейтерия в различных соединениях межзвездной кометы 3I/ATLAS.Обнаружить молекулу со смешанным изотопным составом непросто: ее инфракрасный сигнал слабее излучения обычного метана. Исследователям пришлось смоделировать и исключить из наблюдений сигналы других соединений и радикалов, включая метанол, формальдегид, этан и гидроксильные группы.
В результате удалось определить соотношение дейтерия и обычного водорода (D/H) сугубо в метане объекта 3I/ATLAS. Оно составило около 3,2%. Это в 13 раз больше показателя, измеренного у кометы 67P/Чурюмова — Герасименко, которая, предположительно, родом из пояса Койпера в нашей Солнечной системе.
Близость абсолютного нуля оставила химический след
Столь высокая концентрация дейтерированного метана может рассказать о температуре, при которой формировались вещества кометы. В чрезвычайно холодной среде, при температуре примерно на 10 градусов выше абсолютного нуля, некоторые химические реакции способствуют включению тяжелого водорода в состав молекул. При этом реакции, способные нейтрализовать такое обогащение, становятся менее эффективными.
Спектры «канонического» и однократно дейтерированного метана на фоне последовательного исключения спектров метанола, гидрокарбоната, этана и гидроксильной группы.Дополнительную роль играют процессы на поверхности межзвездных пылинок. Именно там могут формироваться богатые дейтерием ледяные соединения, которые впоследствии становятся частью кометного ядра.
Есть и еще одна любопытная деталь. Содержание дейтерия в метане 3I/ATLAS примерно втрое превышает его долю в воде этой же кометы, измеренную ранее. По мнению исследователей, это может означать, что метан сформировался позднее воды — когда химические процессы успели сильнее обогатить его тяжелым водородом.
Полученные данные согласуются со сценарием рождения 3I/ATLAS в холодном межзвездном облаке или в окружении формирующейся звезды. Предполагается, что в этой среде было мало элементов тяжелее гелия и происходила интенсивная бомбардировка космическими лучами. Такие частицы способны запускать реакции, приводящие к накоплению дейтерия в молекулах. Кстати, математические расчеты показали, что в условиях фракционирования CH4 → CH3D с вероятностью 3,2% вероятность замены всех четырех атомов протия на дейтерий (CH4 → CD4) может достигнуть 0,16%. Но проверять это не стали — рабочее время «Джеймса Уэбба» стоит больших денег.
Напрямую всем желающим наблюдательное время не продается, а распределяется по итогам рассмотрения конкурсных заявок научных учреждений. Примерно сутки эксплуатации JWST обходятся в 7-7,5 миллионов долларов (5000 долларов в минуту).
Ученые пока не могут назвать точное место рождения кометы. Прямых измерений содержания дейтерия в метане далеких областей звездообразования недостаточно, а существующие химические модели пока не вполне объясняют полученное значение.
Таким образом, комета 3I/ATLAS не просто демонстрирует необычный химический состав. Она заставляет пересматривать представления о том, как образуются ледяные тела в других звездных системах. И теперь ученым предстоит поломать голову, чтобы объяснить, каким образом в «залетном» метане накопилось столько тяжелого водорода.
Последнее на сегодняшний день изображение межзвездного объекта 3I/ATLAS на сайте NASA, датированное 15 января 2026 года. Сделано телескопом TESS.Ранее изотопный состав несостоявшегося «межзвездного корабля» мы разбирали здесь.
Другая тематическая публикация была посвящена необычно высокому содержанию метанола в газовой оболочке кометы.
Источник новости: hi-tech.mail.ru
