H2O w 3I/ATLAS – większy przełom, niż się wydaje. Woda z innego świata

To odkrycie potencjalnie zmienia nasze rozumienie chemii kosmicznej i podważa dotychczasowe przekonania o tym, jak działa materia w przestrzeni międzygwiezdnej.

Obserwatorium NASA Swift wykryło obecność OH – hydroksylu, czyli chemicznego śladu wody – na komecie 3I/ATLAS. Co w tym niezwykłego? Kometa znajdowała się w odległości, w której woda powinna pozostawać w stanie głębokiego uśpienia, zamrożona i nieaktywna. A jednak – wbrew fizyce, którą sądziliśmy, iż rozumiemy – woda zaczęła się uwalniać.

Gość spoza naszego układu

Kometa 3I/ATLAS nie jest zwykłym obiektem krążącym wokół Słońca. To przybysz z głębi kosmosu, spoza naszego systemu planetarnego. Odkryto ją 1 lipca dzięki teleskopowi ATLAS w Chile. Jej trajektoria jest hiperboliczna – oznacza to, iż nie jest związana grawitacyjnie ze Słońcem i nigdy już do nas nie powróci. Przemknie przez nasze okolice i wyruszy dalej w ciemność międzygwiezdną.

To dopiero trzeci znany obiekt międzygwiezdny w historii astronomii. Wcześniej odkryto Oumuamuę (2017) oraz 2I/Borisov (2019). Każde z tych odkryć było przełomem – dowodem, iż kosmos pełen jest samotnych wędrowców, wyrzuconych z własnych systemów gwiezdnych i skazanych na wieczną podróż między gwiazdami.

Szacunki wskazują, iż 3I/ATLAS liczy sobie co najmniej siedem miliardów lat – jest więc starsza od Ziemi, a być może choćby od samego Słońca. Przemierzała pustkę przez miliardy lat, zanim przypadkiem trafiła w nasze sąsiedztwo. To pielgrzymka przez czas.

To odkrycie podważyło ważne założenia

Teleskop ultrafioletowo-optyczny Swift (UVOT) NASA. Lewy panel przedstawia światło widzialne. Prawy panel przedstawia ultrafiolet. Widoczna jest słaba poświata śladów hydroksylu (OH) – pary wodnej ulatniającej się z komety

Zespół astronomów z Auburn University w Alabamie, kierowany przez Zexi Xinga i Dennisa Bodewits, skierował kosmiczny teleskop Swift na 3I/ATLAS. Swift, działający poza ziemską atmosferą, ma przewagę: może obserwować ultrafiolet, którego atmosfera naszej planety nie przepuszcza.

Naukowcy szukali śladu OH – cząsteczki powstającej, gdy promieniowanie ultrafioletowe rozbija molekuły wody. I znaleźli go. Potwierdzenie było jednoznaczne: na komecie obecna jest woda.

W momencie odkrycia kometa znajdowała się niemal trzy jednostki astronomiczne od Słońca – czyli mniej więcej w rejonie orbity Marsa. W takiej odległości promieniowanie słoneczne jest zbyt słabe, by topić lód w tempie obserwowanym u komet z naszego systemu. Według dotychczasowych modeli woda powinna tam pozostawać w stanie spoczynku. Tymczasem Swift zarejestrował intensywną emisję wody – około 40 kilogramów na sekundę. Naukowcy porównali to do hydrantu odkręconego na pełną moc.

Jak to możliwe? Odpowiedź tkwi w składzie komety. 3I/ATLAS zawiera wyjątkowo dużo dwutlenku węgla (CO₂). Choć mniej lotny niż woda to sublimuje pod wpływem słabego promieniowania słonecznego. Proces ten uwalnia energię, która z kolei powoduje sublimację ziaren lodu wodnego w otoczce komety.

To niezwykły mechanizm – kometa wykorzystuje własne zasoby CO₂ jako katalizator, by uwalniać wodę w warunkach, które teoretycznie powinny być zbyt zimne. Obliczenia wskazują, iż aktywne jest co najmniej 8 proc. powierzchni jądra komety, podczas gdy typowe komety z naszego systemu wykazują aktywność na poziomie 3-5 proc. 3I/ATLAS jest więc wyjątkowo dynamiczna.

To wiadomość z innego świata

Dlaczego to odkrycie jest tak ważne? Kiedy odkrywamy wodę – choćby jej słaby ultrafioletowy ślad – z międzygwiezdnej komety to czytamy wiadomość z innego systemu planetarnego. Ta woda powstała w obłoku materii krążącym wokół innej gwiazdy, być może dziesięć miliardów lat temu. Mogła być częścią egzoplanety, asteroidy albo komety, która nigdy nie uformowała planety. Teraz ulatuje w przestrzeń, a my możemy ją obserwować i analizować – czytać jej chemiczną historię.

Kometa 3I/ATLAS zarejestrowana przez spektrograf wieloobiektowy Gemini (GMOS) na satelicie Gemini South w Cerro Pachón w Chile

Odkrycie H₂O w 3I/ATLAS zmienia nasze spojrzenie na komety. Dotąd sądziliśmy, iż ich aktywność zależy wyłącznie od odległości od gwiazdy. Blisko – aktywne. Daleko – uśpione. 3I/ATLAS pokazuje, iż rzeczywistość jest bardziej złożona. Wewnętrzna chemia komety, interakcje między gazami lotnymi i procesy sublimacji mogą podtrzymywać aktywność choćby tam, gdzie klasyczne modele przewidywały ciszę.

To nie jest drobna ciekawostka. To zmiana w naszym rozumieniu materii w kosmosie. jeżeli kometa potrafi utrzymywać taką aktywność w ekstremalnych warunkach, co to oznacza dla innych obiektów – asteroid, lodowych planet czy jąder gazowych gigantów?

Kometa 3I/ATLAS opuściła już pole widzenia teleskopu Swift – zbliżyła się zbyt mocno do Słońca, by można ją było dalej śledzić w świetle zakłócanym przez blask naszej gwiazdy. To jednak nie koniec jej historii. Najważniejsze obserwacje będą miały miejsce, gdy 3I/ATLAS osiągnie swoje peryhelium – punkt orbity najbliższy Słońcu. To będzie ostatnia okazja, by zajrzeć w jej tajemnice, zanim kometa wyruszy w nieodwracalną podróż ku ciemności międzygwiezdnej, niosąc ze sobą sekrety swojego odległego, macierzystego systemu gwiezdnego.

W codziennym zgiełku technologii, mediów i informacji łatwo zapomnieć, iż nad naszymi głowami rozgrywają się wydarzenia o skali kosmicznej. Kometa 3I/ATLAS – ta niewielka, ale mająca miliardy lat bryła lodu i skał – niesie ze sobą wiadomość z innego świata. Nie z literatury science fiction, ale z realnego systemu gwiezdnego, który powstał i ewoluował gdzieś w naszej galaktyce, podlegając tym samym prawom fizyki, które rządzą naszym własnym Układem Słonecznym.

To sygnał, iż materia i energia mogą działać w warunkach, które wcześniej uznawaliśmy za niemożliwe. 3I/ATLAS przyleciała, pozostawiła ślad w postaci ultrafioletowego sygnału OH i odleci w przestrzeń, ale jej przesłanie pozostanie. A jest to przesłanie, nakazujące pokorę względem naszej bieżącej wiedzy o świecie i wszechświecie. Warto odczytać je z należytą uwagą.