Odkryto ciężkie pierwiastki w formie gazowej w kometach w Układzie Słonecznym i spoza niego
Dodane przez jacek dnia 21/05/2021 18:35:21
Detekcja ciężkich metali w atmosferze komety C/2016 R2
Obrazek ilustruje detekcję ciężkich metali: żelaza (fe) i niklu (N) w atmosferze komety. Jest to wskazane przez widmo śiatła C/2016 R2 (PANSTARRS) w lewym górnym rogu, nałożone na rzeczywiste zdjęcie komety uzyskane teleskopem SPECULOOS w Obserwatorium Paranal. Każdy pik w widmie odpowiada różym pierwiastkom. Żelazo i nikiel zaznaczono odpowiednio niebieskimi i pomarańczowymi znacznikami. Widma takie jak to możliwe są do uzyskania dzięki instrumentowi UVES na należącym do ESO teleskopie VLT. UVES to spektrograf wysokiej rozdzielczości, który rozdziela linie tak bardzo, że można je zidentyfikować pojedynczo. Dodatkowo UVES jest czuły aż do fali o dłguości 300 nm. Większość ważnych linii żelaza i niklu znajduje się na falach o długości około 350 nm, co oznacza, że możliwości UVES były kluczowe w dokonaniu opisywanego odkrycia.
Źródło: ESO/L. Calçada, SPECULOOS Team/E. Jehin, Manfroid et al.Nowe badania przeprowadzone przez belgijski zespół naukowców, wykorzystujące dane z należącego do ESO teleskopu VLT, pokazały, że żelazo i nikiel występują w atmosferach komet w Układzie Słonecznym, nawet tych znajdujących się daleko od Słońca. Niezależnie badania polskiej grupy, która także używała danych z ESO, raportują, że nikiel w stanie gazowym jest także obecny w lodowej komecie międzygwiazdowej 2I/Borisov. Po raz pierwszy ciężkie metale, zwykle związane z gorącymi środowiskami, znaleziono w zimnych atmosferach odległych komet.
Treść rozszerzona
Wykrycie atomów żelaza i niklu w atmosferze wszystkich komet, które obserwowaliśmy w ciągu ostatnich dwóch dekad było wielkim zaskoczeniem. Dotyczy to około 20 z nich, w tym nawet jednej znajdującej się daleko od Słońca w zimnym kosmicznym otoczeniu – mówi Jean Manfroid z University of Liège (Belgia), kierujący nowymi badaniami dotyczącymi Układu Słonecznego, których wyniki opublikowano dzisiaj w Nature.
Astronomowie wiedzą, że ciężkie pierwiastki występują w pyłowych i skalistych wnętrzach komet. Ale ponieważ metale w stanie stałym zwykle nie sublimują do stanu gazowego w niskich temperaturach, nie spodziewano się znaleźć ich w atmosferach zimnych komet, które podróżują daleko od Słońca. Tymczasem nikiel i żelazo w stanie gazowym wykryto nawet w kometach odległych o 480 milionów kilometrów od Słońca, czyli trzy razy dalej niż dystans Ziemia-Słońce.
Belgijski zespół wykrył żelazo i nikiel w kometarnych atmosferach mniej więcej w różnych ilościach. Materia w naszym Układzie Słonecznym, na przykład znajdowana na Słońcu lub w meteorytach, zwykle zawiera około dziesięć razy więcej żelaza niż niklu. Nowy wynik ma więc implikacje dla astronomów próbujących zrozumieć wczesny Układ Słoneczny, chociaż badacze wciąż próbują ustalić szczegóły.
Komety powstały około 4,6 miliarda lat temu, w bardzo młodym Układzie Słonecznym i nie zmieniły się od tamtych czasów. W tym sensie są dla astronomów jak skamieniałości – mówi Emmanuel Jehin z University of Liège, współautor badań.
Pomimo iż belgijska grupa badania te „skamieniałe” obiekty przy pomocy teleskopu VLT przez blisko 20 lat, aż do tej nie dostrzeżono występowania niklu i żelaza w atmosferach tych ciał. To odkrycie ukrywało się przed naszym wzrokiem przez wiele lat – wskazuje Jehin.
Zespół użył danych z instrumentu Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph (UVES) na należącym do ESO teleskopie VLT. Wykorzystano technikę zwaną spektroskopią, aby przeanalizować atmosfery komet w różnych odległościach od Słońca. Technika ta pozwala astronomom na sprawdzenie składu chemicznego obiektów kosmicznych: każdy pierwiastek chemiczny pozostawia unikalną sygnaturę – zestaw linii – w widmie światła od tych obiektów.
Grupa z Belgii dostrzegła słabe, niezidentyfikowane linie widmowe w swoich danych z UVES, a po dokładniejszym zbadaniu zauważono, że sygnalizują one występowanie neutralnych atomów żelaza i niklu. Powodem trudności w zidentyfikowaniu ciężkich pierwiastków jest ich występowanie w bardzo małych ilościach: naukowcy szacują, że na każde 100 kilogramów wody w kometarnych atmosferach jest tylko 1 gram żelaza i podobna ilość niklu.
Zwykle jest 10 razy więcej żelaza niż niklu, a w atmosferach tych komet znaleźliśmy mniej więcej takie same ilości obu pierwiastków. Wywnioskowaliśmy, że mogą one pochodzić ze specjalnego rodzaju materiału na powierzchni jądra kometarnego, sublimującego w raczej niskich temperaturach i uwalniającego żelazo oraz nikiel w zbliżonych proporcjach wyjaśnia Damien Hutsemékers, również będący członkiem belgijskiego zespołu z University of Liège.
Chociaż badacze nie są obecnie pewni, jaki może to być materiał, być może postępy w astronomii – takie jak Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph (METIS) na Ekstremalnie Wielkim Teleskopie (ELT) — pozwolą na ustalenie źródła atomów żelaza i niklu wykrywanych w atmosferach tych komet.
Naukowcy z belgijskiego zespołu mają nadzieję, że ich badania przetrą szlaki dla przyszłych odkryć. Teraz ludzie będą szukać tych linii w swoich danych archiwalnych z innych teleskopów – mówi Jehin – Sądzimy, że pobudzi to także nowe badania tej tematyki.
Ciężkie metale międzygwiazdowe
Inny znaczący wynik opublikowany dzisiaj w Nature pokazuje, że metale ciężkie występują także w atmosferze międzygwiazdowej komety 2I/Borisov. Zespół z Polski obserwował ten obiekt, pierwszą obcą kometę, która odwiedziła nasz Układ Słoneczny około półtora roku temu, korzystając ze spektrografu X-shooter na teleskopie VLT. Okazało się, że zimna atmosfera 2I/Borisov zawiera gazowy nikiel.
Najpierw trudno nam było uwierzyć, że atomowy nikiel naprawdę mógłby występować w 2I/Borisov tak daleko od Słońca. Trzeba było zrobić wiele testów sprawdzających zanim sami siebie przekonaliśmy, iż tak faktycznie jest – wskazuje autor badań Piotr Guzik z Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie (Polska). Odkrycie jest zaskakujące, ponieważ przed publikacją dwóch dzisiejszych prac, gazy z atomami ciężkich metali obserwowano jedynie w gorących środowiskach, takich jak atmosfery ultragorących egzoplanet lub parujące komety przechodzące zbyt blisko Słońca. 2I/Borisov obserwowano, gdy kometa znajdowała się około 300 milionów kilometrów od Słońca, czyli około dwa razy dalej niż dystans Ziemia-Słońce.
Szczegółowe badanie obiektów międzygwiazdowych jest kluczowe dla nauki, ponieważ niosą one bezcenną informację o obcych systemach planetarnych, z których pochodzą. Nagle zrozumieliśmy, że gazowy nikiel jest obecny w atmosferach komet w innych zakątkach Galaktyki – mówi współautor Michał Drahus, również z Uniwersytetu Jagiellońskiego.
Polskie i belgijskie badania pokazują, że 2I/Borisov i komety Układu Słonecznego mają jeszcze więcej wspólnego niż do tej pory sądzono. Wyobraźmy sobie, że komety Układu Słonecznego mają swoje prawdziwe odpowiedniczki w innych systemach planetarnych – super, nieprawdaż? – podsumowuje Drahus.
Więcej informacji:
Wyniki badań przedstawiono w dwóch artykułach, które ukażą się w Nature.
Zespół badawczy, który opublikował pracę pt. „Iron and nickel atoms in cometary atmospheres even far from the Sun"( Link): J. Manfroid, D. Hutsemékers i E. Jehin (STAR Institute, University of Liège, Belgia).
Zespół badawczy, który opublikował pracę pt. „Gaseous atomic nickel in the coma of interstellar comet 2I/Borisov” ( (Link): Piotr Guzik i Michał Drahus (Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków, Polska).
ESO jest wiodącą międzyrządową organizacją astronomiczną w Europie i najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na świecie. Ma 16 krajów członkowskich: Austria, Belgia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Irlandia, Holandia, Niemcy, Polska, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy, dodatkowo Chile jest kraje gospodarzem, a Australia (IA/FCUL) strategicznym partnerem. ESO prowadzi ambitne programy dotyczące projektowania, konstrukcji i użytkowania silnych naziemnych instrumentów obserwacyjnych, pozwalając astronomom na dokonywanie znaczących odkryć naukowych. ESO odgrywa wiodącą rolę w promowaniu i organizowaniu współpracy w badaniach astronomicznych. ESO zarządza trzema unikalnymi, światowej klasy obserwatoriami w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada teleskop VLT (Very Large Telescope - Bardzo Duży Teleskop), najbardziej zaawansowane na świecie astronomiczne obserwatorium w świetle widzialnym oraz dwa teleskopy do przeglądów. VISTA pracuje w podczerwieni i jest największym na świecie instrumentem do przeglądów nieba, natomiast VLT Survey Telescope to największy teleskop dedykowany przeglądom nieba wyłącznie w zakresie widzialnym. ESO jest głównym partnerem ALMA, największego istniejącego projektu astronomicznego. Z kolei na Cerro Armazones, niedaleko Paranal, ESO buduje 39-metrowy teleskop ELT (Extremely Large Telescope - Ekstremalnie Wielki Teleskop), który stanie się „największym okiem świata na niebo”.
Krzysztof Czart
Urania - Postępy Astronomii
Źródło: Europejskie Obserwatorium Południowe (European Southern Observatory)