Крошечный лучик солнечного света отскочил от чего—то, что врезалось в нашу домашнюю звезду на расстоянии более 2,7 миллиарда километров от Солнца - в 29 раз больше расстояния, которое проходит Земля. Что-то ледяное. Что-то из далекого прошлого. Что-то значительное.
Телескоп в пустыне Атакама в Чили переместил фокус на небо четыре часа спустя, в предрассветные часы 20 октября 2014 года, и запечатлел огромную картину южного ночного неба, запечатлев проблески этого отраженного света.
Исследователям пришлось бы ждать почти семь лет, чтобы распознать в этой необычной точке света массивную первичную комету — возможно, самую большую из когда-либо проанализированных с помощью современного оборудования. Комета, названная Бернардинелли-Бернштейном, была впервые обнаружена в июне, и теперь ученые собрали все, что они знают о ней, в статье, опубликованной в журнале Astrophysical Journal Letters.
Педро Бернардинелли, аспирант—исследователь Вашингтонского университета, говорит: "Мой телефон не переставал звонить - я не ожидал, что [научное] сообщество встретит это открытие с таким радушием". В последние недели своей докторской диссертации в Пенсильванском университете он и его тогдашний советник Гэри Бернштейн совместно открыли комету. “В целом это было немного ошеломляюще".
Согласно самым последним оценкам, ядро кометы имеет ширину около 93 миль (150 километров). Это, безусловно, самая большая оценка размера кометы за последние десятилетия. Зонд Европейского космического агентства "Розетта" вращался вокруг кометы 67P/Чурюмова–Герасименко с 2014 по 2016 год, и его диаметр составлял всего около 2,5 миль.
Мишель Баннистер, астроном из Новозеландского университета Кентербери, которая не участвовала в исследовании discovery, говорит: "Мы переходим от комет размером с город к кометам размером с остров". Величина кометы Бернардинелли-Бернштейна могла бы поставить ее в один ряд с некоторыми "великими кометами" в истории, такими как очень яркая — и, вероятно, огромная — комета, которая вошла во внутреннюю солнечную систему в 1729 году.
Бернардинелли-Бернштейн станет ярче в течение следующего десятилетия, когда он войдет во внутреннюю солнечную систему, пикируя на плоскость орбит планет снизу. Комета приблизится к Солнцу ближе всего 21 января 2031 года, когда она пройдет в миллиарде миль от Солнца, что несколько ближе, чем обычное расстояние до Сатурна. Затем он начнет долгое путешествие обратно во внешние пределы Солнечной системы, где его можно будет наблюдать до 2040-х годов, если не на десятилетия дольше.
Бернардинелли-Бернштейн может стать таким же ярким в ночном небе, как самый большой спутник Сатурна Титан, в зависимости от того, сколько газа выделяет комета, когда ее льды испаряются в солнечном свете. Если это так, то хороший телескоп на заднем дворе должен быть в состоянии увидеть комету в 2031 году.
Бернардинелли-Бернштейн, с другой стороны, знаменит тем, как далеко он был от солнца, когда его обнаружили. Ледяной объект является частью облака Оорта, представляющего собой массивную сферическую дымку из обломков, которая окружает Солнце в тысячи раз дальше, чем Земля.
По мнению астрономов, этой комете потребуется миллионы лет, чтобы выйти на орбиту вокруг Солнца. Только три такие “долгопериодические” кометы когда-либо наблюдались на пути из облака Оорта, и Бернардинелли-Бернштейн был обнаружен на расстоянии более 2,7 миллиарда миль, что является рекордом для комет. Поскольку он был обнаружен так рано, новое поколение астрономов сможет разгадать его секреты.
Точка света в темноте
Бернардинелл-Бернштейн привлек внимание человечества благодаря чрезвычайно чувствительной цифровой камере, установленной на 13-футовом телескопе Бланко, входящем в состав Межамериканской обсерватории Серро Тололо в пустыне Атакама в Чили.
Эта камера не искала отдаленные объекты Солнечной системы; скорее, она была основным источником данных для Исследования Темной энергии, в ходе которого было сделано 80 000 снимков больших участков южного ночного неба в период с 2013 по 2019 год. Этот набор данных произвел революцию в попытках ученых понять темную энергию, таинственный фактор, который управляет ускоренным расширением Вселенной. С другой стороны, изображения, полученные для исследования темной энергии и других космических явлений, могут быть использованы для поиска объектов, которые находятся значительно ближе к дому.
Бернардинелли хотел использовать фотографии Исследования Темной энергии для обнаружения недавно обнаруженных объектов, вращающихся вокруг Солнца за пределами Нептуна, для своего докторского исследования. Перед ним стояла трудная задача. Каждое изображение было настолько большим, что для отображения только одного изображения в полном качестве потребовалась бы сетка из 275 экранов высокой четкости. Бернардинелли просмотрел десятки тысяч этих фотографий в поисках небольших пятен света.
Бернардинелли провел этот поиск с помощью компьютерных программ, которые искали точки, движущиеся на фоне далеких звезд на фотографиях Dark Energy Survey. Этот обширный набор данных был сведен к окончательному списку из 817 обнаруженных объектов, орбиты которых не совпадали ни с одним известным телом в Солнечной системе, после шести месяцев сложных вычислений на кластере из 200 компьютеров в Национальной ускорительной лаборатории Ферми штата Иллинойс. Бернардинелли и Бернштейн проверили этот список вручную в качестве последнего шага, чтобы убедиться, что код выполнил свою работу надлежащим образом.
Именно тогда они увидели это: светящийся объект размером с некоторые из миров шириной 100 миль за пределами Нептуна, но с экстремальной орбитой, которая предполагает, что он прибыл с расстояния в миллиарды миль, точно так же, как комета с длительным периодом.
Бернштейн описывает поиск кометы как трудность "иголки в стоге сена". “Но мы это выяснили, и теперь у нас есть эта вишенка поверх мороженого!”
Поворачиваем телескопы в сторону Бернардинелли-Бернштейна
Центр малых планет в Кембридже, штат Массачусетс, который является официальным мировым хранилищем данных об орбитах комет, астероидов и других крошечных тел Солнечной системы, получил доказательства Бернардинелли и Бернштейна в отношении кометы. 19 июня центр объявил, что объект был обнаружен впервые. Пять дней спустя было доказано, что объект является кометой, и ему дали имя Бернардинелл-Бернштейн в честь этой пары.
Открытие кометы получило широкую огласку. Через пару дней астрономы всего мира начали направлять свои телескопы на приближающийся астероид и изучать свои архивы в поисках любых ранее не обнаруженных его фотографий. Исследователи быстро обнаружили комету в архивных данных, датируемых 2010 годом, повысив точность ее известной орбиты.
Несмотря на то, что комета все еще находилась более чем в двух миллиардах миль от Солнца, различные группы астрономов подтвердили, что она испускала достаточно пыли и газа, чтобы образовать видимую кому, или хвост, в течение 24 часов после объявления.
Кометы не выделяют много вещества, пока они не приблизятся достаточно близко к солнечному теплу, что заставляет замороженные соединения сублимироваться в газ. Однако Бернардинелл-Бернштейн, похоже, изобилует газообразующими "летучими веществами", которые начинают сублимироваться даже в ледяном вакууме за пределами Нептуна. Результаты показывают, что в прошлом объект не проводил много времени во внутренней солнечной системе, поэтому он казался в безупречном состоянии.
Фотографии, сделанные TESS, управляемым НАСА спутниковым телескопом для поиска экзопланет, который также сделал снимки приближающейся кометы, предоставили дополнительную информацию о ее хвосте в 2018 и 2020 годах. Удивительно, но комета казалась более яркой в данных TESS, чем на фотографиях исследования Темной энергии. Ученые заметили, что пиксели TESS покрывали значительно большие участки неба, чем пиксели Обзора Темной энергии, подразумевая, что комета выбрасывала массивный рассеянный хвост.
Бернардинелли и Бернштейн просмотрели данные Исследования Темной энергии, сложив несколько фотографий кометы, которая носит их прозвище, в попытке найти хвост кометы. В конце концов они обнаружили очень слабый сигнал в своих данных и обнаружили, что комета начала испускать газ на расстоянии 2,4 миллиарда миль от Солнца, примерно на 40% дальше, чем в среднем находится Уран.
Команда Бернардинелли смогла предсказать химический состав кометы, отслеживая, как кома менялась с течением времени и насколько ярче становилась комета по мере приближения к Солнцу. Комета, должно быть, испускает углекислый газ или газообразный азот, учитывая, насколько слаб солнечный свет на таком большом расстоянии.
“Разве это не удивительно? Это то, что мы можем видеть с середины Солнечной системы... почему мы можем делать такие удивительно сильные предположения о его составе”, - говорит соавтор исследования Бен Монтет, планетолог, специализирующийся на данных TESS в Университете Нового Южного Уэльса в Сиднее, Австралия. “Удивительно, чего вы можете достичь с таким небольшим количеством фотонов”.
Светлое будущее
Ученые уже размышляют о том, что может потребоваться для отправки космического корабля к Бернардинелли-Бернштейну. Сейчас в планах нет официальной миссии, но если космические агентства по всему миру будут действовать быстро, миссия может поймать комету в 2033 году, если она запустится не позднее 2029 года.
Исследователи также пытаются выяснить, насколько сильно солнце повлияло на комету во время ее предыдущих путешествий по Солнечной системе. Согласно расчетам Бернардинелли и Бернштейна, комета приблизится к Солнцу впервые по меньшей мере за три миллиона лет в 2031 году.
Однако углубляться дальше в прошлое невероятно сложно. Поскольку кометы облака Оорта находятся так далеко, проходящие звезды могут влиять на их орбиты, поэтому расчет их орбит требует регистрации миграции звезд через Млечный Путь. Согласно новым данным, одна особенно сложная звезда может сорвать любые попытки проследить путь кометы.
Исследователям уже несколько лет известно, что похожая на солнце звезда под названием HD 7977 прошла мимо Солнечной системы около 2,8 миллиона лет назад. Однако никто не знает, где он пролетел. Исследователи Петр Дыбчиский и Савомир Брайтер из Польского университета Адама Мицкевича обнаружили, что мы даже не знаем, через какую сторону Солнечной системы прошел HD 7977, в новом исследовании, опубликованном в журнале Astronomy & Astrophysics.
Из-за этой неопределенности гравитационное притяжение звезды на кометах облака Оорта неизвестно, что может иметь огромные последствия для того, когда Бернардинелли-Бернштейн в последний раз отважился проникнуть внутрь и насколько близко он подошел к Солнцу.
По мере приближения кометы наблюдения могут изменить ее предполагаемый размер. Оценка в 93 мили основана на текущей яркости кометы и моделировании ее выбросов пыли и газа. Однако определить размер кометы с помощью этого метода сложно. Ядро кометы может казаться больше, чем оно есть, если модели его выброса являются неполными.
“Они проделали невероятную работу, но я думаю, что, вероятно, окажется, что этот объект немного меньше, чем они говорят”, - говорит Люк Доунс, специалист по динамике комет из Юго-Западного исследовательского института в Боулдере, штат Колорадо.
Хорошая новость заключается в том, что Бернардинелли-Бернштейн предоставляет астрономам всего мира ценный товар: время. Обсерватория Веры К. Рубин в Чили, которая, как ожидается, откроется в 2023 году, сможет наблюдать за объектом по меньшей мере десять лет, если не дольше. Попутно ультрасовременный телескоп произведет революцию в нашем понимании Солнечной системы, обнаружив еще много комет, подобных Бернардинелли-Бернштейну.
Между тем, когда недавно обнаруженная комета приблизится к нам, ученые и люди всего мира смогут посмотреть в ночное небо и понаблюдать за необычным посетителем: большим ледяным шаром, за которым тянется большой туманный хвост. Монтет говорит: "Это должно выглядеть великолепно".
