Расчеты представляет гарвардский физик профессор Ави Лёб
В новой статье (доступной здесь), которую я написал в соавторстве с выдающимися учеными Валентином Тоссом и Анди Буркерт из Мюнхенской университетской обсерватории, представлена наиболее точная на сегодняшний день оценка массы загадочного межзвездного объекта 3I/ATLAS.
Как я уже говорил здесь 31 октября 2025 года, с помощью уравнения реактивного движения можно оценить негравитационную силу, действующую на 3I/ATLAS. Масса 3I/ATLAS, M, умноженная на его негравитационное ускорение, A, должна быть равна избыточной потере массы в предпочтительном направлении, ζdM/dt, умноженной на скорость выброса материала, V.
M×A = (ζdM/dt) × V .
Это позволяет измерить массу 3I/ATLAS. Измерив ускорение A и скорость потери массы dM/dt, а также смоделировав скорость V, можно определить массу M 3I/ATLAS при разумном значении параметра асимметрии истечения ζ ~0,5.
В новой статье использованы все доступные данные наблюдений за изменением скорости образования газа и пыли, а также за увеличением яркости астероида 3I/ATLAS в течение нескольких месяцев после его сближения с Солнцем 29 октября 2025 года. Испарение вещества с поверхности ядра привело к заметному негравитационному ускорению. В нашем анализе мы объединили модели скорости потери массы воды (H2O) и углекислого газа (CO2), чтобы определить негравитационную силу и оценить массу и размер астероида 3I/ATLAS. Кроме того, мы учитываем консервативное ограничение на размер ядра с учетом активной поверхности, необходимой для сублимации. Если потеря массы происходит в основном за счет сублимации CO2, то диаметр ядра составляет 0,84 километра при условии, что массовая плотность равна 0,5 грамма на кубический сантиметр, а параметр асимметрии ζ ~0.5. Исключается интенсивная сублимация воды с поверхности в количестве до 10 метрических тонн в секунду, поскольку требуемая площадь поверхности кометы несовместима с ракетным эффектом. Более консервативная модель образования воды предполагает, что диаметр ядра составляет 1,48 километра. В этом случае более низкая, чем обычно, плотность кометы или более высокая скорость дегазации могут привести к тому, что размер ядра будет соответствовать нижней границе, указанной в данных космического телескопа «Хаббл» — 2,6 (± 0,4) километра (как сообщается здесь).
В нашем анализе использовались три параметра: сублимация, вызванная исключительно CO2, которая обратно пропорциональна квадрату расстояния до Солнца, и две модели, учитывающие
вклад от сублимации воды. Эти две модели были адаптированы под самые высокие (модель А) и самые низкие (модель В) зарегистрированные показатели производства, охватывающие весь диапазон неопределённости. Объединив эти модели с данными о движении астероида 3I/ATLAS в космическом пространстве, мы оценили его массу и размер. Существует едва заметное статистическое предпочтение в пользу модели CO2 с обратным квадратом, которое становится более выраженным, если учитывать только данные, полученные с помощью крупных телескопов и межпланетных космических аппаратов. Несмотря на систематическую неопределенность, величину негравитационного ускорения можно довольно точно оценить.
Расчетная масса 3I/ATLAS составляет (M/ζ) = 0,3 × 10^{12} килограммов для модели, учитывающей только CO2, где ζ — коэффициент асимметрии при выделении газа. С учетом сублимации воды мы получаем (M/ζ) = 1,7 × 10^{12} килограммов и (M/ζ) = 6,4 × 10^{12} килограммов для нижнего и верхнего пределов сублимации воды из ядра. В целом масса 3I/ATLAS составляет порядка миллиарда метрических тонн!
Исходя из насыпной плотности 0,5 грамма на кубический сантиметр и ζ = 0,5, мы оцениваем диаметр 3I/ATLAS в 0,84 километра при сублимации под действием CO2 и в 1,48 или 2,3 километра при сублимации воды в пределах нижнего (модель B) или верхнего (модель A) предела.
Мы получаем дополнительное ограничение на размер 3I/ATLAS, учитывая площадь поверхности, необходимую для сублимации. Даже при самых консервативных допущениях это приводит к сильному противоречию в модели с высокими показателями образования воды, требующими, чтобы диаметр астероида превышал 3 километра, в то время как максимальное значение, основанное на соответствующем негравитационном ускорении, составляет 2,3 километра. Таким образом, высокая скорость сублимации требует, чтобы размер ядра был слишком большим для негравитационного эффекта даже при самых радикальных допущениях. Это исключает модель А и соответствующую ей массу и размер ядра, в то время как более консервативная модель Б с меньшим количеством образующейся воды даёт небольшое расхождение, которое можно было бы устранить за счёт меньшей насыпной плотности или более высокой скорости выброса. Это также означает, что сублимация воды (H2O) с поверхности 3I/ATLAS, скорее всего, не сильно отличается от сублимации углекислого газа (CO2). С другой стороны, модель, учитывающая только сублимацию CO2, согласуется с негравитационными оценками размера ядра.
Ограничения, полученные на основе данных об активной доле, предполагают, что «ракетный» эффект кометы 3I/ATLAS может быть обусловлен преимущественно сублимацией CO2 на протяжении всей орбиты, с незначительным вкладом от образования воды. В этом случае эффективный диаметр ядра составляет 0,8 километра, что противоречит анализу данных Хаббла, который дал 2,6 (± 0,4) километра. Только если темпы образования CO2 были занижены примерно на порядок, две оценки можно было бы согласовать. Если же, с другой стороны, сублимация воды вносит вклад в «ракетный» эффект 3I/ATLAS, то размер ядра был бы больше. В этом случае более низкая, чем обычно, плотность кометы в сочетании с более высокими скоростями газа и коллимацией истечения потенциально может увеличить оценочный диаметр до 2,2 километра, разрешив противоречие с оценкой Хаббла и требуемой активной долей.
Дополнительные данные о скорости образования воды и углекислого газа помогли бы сузить диапазон возможных вариантов и улучшить оценки массы и размера 3I/ATLAS.
Но независимо от неопределенностей, один вывод не вызывает никаких сомнений: третий межзвездный объект 3I/ATLAS как минимум на 5 порядков массивнее первого межзвездного объекта 1I/`Oumuamua, конечная масса которого, по оценкам, составляет порядка 10⁷ килограммов (здесь и здесь), при условии его естественного происхождения в виде водородного или азотного айсберга без видимого кометного хвоста.
Основываясь на статистике астероидов и ядер комет различных размеров в Солнечной системе, мы должны были бы обнаружить по меньшей мере сто тысяч объектов массой 1I/`Oumuamua, прежде чем обнаружить хотя бы один межзвездный объект массой 3I/ATLAS.
Означает ли это несоответствие, что один или оба из этих двух загадочных межзвездных объектов не имеют естественного происхождения?
© Перевод с английского Александра Жабского.