Когда в 2024 году в Солнечную систему вошла комета 3I/ATLAS, которая стала третьим зафиксированным межзвёздным объектом после 1I/Оумуамуа и 2I/Борисова, астрономы сразу начали за ней наблюдать. Комета постепенно приближалась к Солнцу, и, вероятно, впервые за миллиарды лет начала нагреваться. Это дало редкую возможность изучить вещество, сформировавшееся в иной планетной системе, и проверить наши представления о химическом составе и строении таких кометных ядер.
Одним из главных результатов стало измерение соотношения никеля к железу (Ni/Fe) в её коме - газопылевой оболочке, окружающей ядро. Этот показатель уже давно используется для изучения химического состава комет. За последние двадцать лет он был измерен примерно у двадцати обычных тел Солнечной системы и у межзвёздной кометы 2I/Борисова.
Интересно, что и у 2I/Борисова, и у "наших" комет соотношение Ni/Fe оказалось примерно в десять раз выше, чем у самого Солнца. Это навело учёных на мысль, что кометные ядра, где бы они ни сформировались, проходят через общие физико-химические процессы, не зависящие от конкретного состава звезды.
Однако 3I/ATLAS нарушила это правило. Наблюдения, выполненные с помощью Очень Большого Телескопа (VLT) Европейской южной обсерватории в Чили, показали, что спектральные линии никеля присутствовали в излучении комы постоянно, то есть с того самого момента, когда комета находилась на расстоянии 3,14 астрономической единицы от Солнца. Железо же начало проявляться только после того, как комета подошла ближе, чем 2,64 астрономической единицы.
Такое различие в концентрации элементов сформировало необычно высокое значение отношение никеля к железу, чего ранее никогда не наблюдали. Отсюда возникает следующий вопрос: почему эти тяжёлые элементы вообще появляются в газовой оболочке комет, если температура их поверхности слишком мала для испарения соответствующих минералов?
Ответ, возможно, связан с химическим составом металлоорганических соединений. Ранее была предложена гипотеза о том, что никель и железо на поверхности комет могут быть связаны с угарным газом, образуя карбонилы, то есть летучие соединения металлов с CO. В этом случае никель присутствует в виде тетракарбонила Ni(CO)₄, а железо — в виде пентакарбонила Fe(CO)₅. Эти вещества испаряются при сравнительно низких температурах, и именно поэтому линии никеля можно наблюдать уже на большом удалении от Солнца.
Ключевая деталь здесь заключается в том, что температура испарения никелевого соединения с никелем ниже, чем у соединения с железом. Когда 3I/ATLAS приближалась к Солнцу, температура постепенно достигла порога, при котором начал сублимировать Fe(CO)₅, и в спектре появились линии железа. В результате соотношение Ni/Fe резко изменилось. Более того, скорость появления никеля в коме хорошо совпала с теоретической скоростью сублимации никельтетракарбонила, что подтверждает гипотезу.
Учёные отметили и ещё одну особенность. 3I/ATLAS относится к классу так называемых комет, обеденных С₂, так как у неё крайне низкое соотношение диатомического углерода (C₂) к цианогенным радикалам (CN). Подобные химические отпечатки закладываются ещё на этапе формирования тела в протопланетном диске. Это значит, что 3I/ATLAS зародилась в холодной и бедной углеродом области своей звёздной системы, отличной от регионов, где формировались большинство известных нам комет.
Сейчас комета продолжает приближаться к Солнцу, и наблюдения за ней не прекращаются. Учёные рассчитывают уточнить, как именно будет изменяться состав её комы по мере нагрева. А каждый новый спектр является возможностью заглянуть в первозданную материю другой планетной системы и сравнить её с веществом, из которого сформировалась наша собственная.