3I/ATLAS’ mærkelige kemi peger mod en urgammel komet fra stjernerne

3I/ATLAS er ikke blot en forbipasserende gæst fra et andet stjernesystem. Gasserne og isotoperne i kometen rummer spor af forholdene, da dens is blev dannet – og de forhold ser ud til at have været både langt koldere og kemisk anderledes end dem, der skabte kometerne i vores eget Solsystem.

Den mest sandsynlige forklaring er, at kometen stammer fra de fjerne ydre egne af et gammelt, relativt metalfattigt stjernesystem. Astronomerne kan dog ikke spore den tilbage til én bestemt stjerne. 1718

Nøglen er vand med usædvanligt meget deuterium

Det stærkeste kemiske spor findes i kometens vand. Målinger med James Webb-rumteleskopet viser et deuterium-til-hydrogen-forhold, D/H, på (0,98 ± 0,06) %. Det er mere end en størrelsesorden over kendte kometer, og ESA Webb beskriver niveauet som omkring 30 gange højere end i Solsystemets kometer. Også kometens kulstofisotopforhold i kulilte og kuldioxid ligger uden for de intervaller, man normalt ser i Solsystemet, i nærliggende interstellare skyer og i protoplanetariske skiver. 1726

Sådanne signaturer passer med is-kemi ved temperaturer på 30 K eller lavere – cirka −243 °C. I den dybe kulde kan deuterium lettere blive indbygget i molekyler. Det kemiske fingeraftryk er derfor et vidnesbyrd om ekstremt kolde dannelsesforhold, ikke et bevis for ét helt bestemt fødested. 17

En koma med en usædvanlig blanding af flygtige stoffer

Også gasserne, der frigives fra kometkernen og danner dens koma, skiller sig ud.

• Kuldioxid: Kometen er usædvanligt rig på CO₂ sammenlignet med vand. Der er rapporteret CO₂/H₂O-forhold omkring 7–8:1, langt over det, man typisk forbinder med kometer i Solsystemet. 3542
• Metan: JWST/MIRI har leveret den første direkte påvisning af metan i et interstellart objekt. 33
• Nikkel: Spektre i det mellem-infrarøde område har afsløret atomart nikkel, mens optiske observationer også har fastslået, at kometen udsender cyanogen, CN. Nikkel blev altså ikke fundet i stedet for CN – begge stoffer indgår i det observerede kemiske regnskab. 3332

Hvert enkelt stof giver ikke en entydig oprindelseshistorie. Men sammen med de ekstreme isotopforhold understøtter blandingen idéen om, at 3I/ATLAS har bevaret materiale rigt på flygtige stoffer fra en kold ydre region i sit oprindelige system.

En kvælstofrig hale styrker billedet af dybfrost

Efter kometens passage tættest på Solen observerede WEAVE-instrumentets Large Integral Field Unit på William Herschel-teleskopet fem ioner i dens plasmastrøm, der peger væk fra Solen:

• N₂⁺
• CO⁺
• CO₂⁺
• H₂O⁺
• CH⁺

Forholdet mellem N₂⁺ og CO⁺ sætter en nedre grænse på N₂/CO > 0,023 ± 0,001. Det viser, at kometen er rig på kvælstof sammenlignet med Solsystemets kometer. Molekylært kvælstof er meget flygtigt, så dets bevarelse er forenelig med meget kolde dannelsesforhold. Det er dog støtte for hypotesen – ikke en uafhængig bestemmelse af hverken et konkret fødested eller en bestemt alder. 37

Hvad isotoperne kan – og ikke kan – fortælle om oprindelsen

Kometens interstellare status er fastslået ud fra dens bane, mens kemien fortæller noget om dens fortid. Isotopdataene peger på dannelse i et relativt metalfattigt miljø. Modeller for Mælkevejens kemiske udvikling gør et gammelt stjernesystem til en plausibel kilde, og forskerne nævner også den metalfattige ydre del af Mælkevejens skive som en mulig oprindelsesregion inden for modellernes usikkerheder. 1718

Det er afgørende, at konklusionen er sandsynlighedsbaseret. En komet kan bevare spor af sit dannelsesmiljø, men 3I/ATLAS kan endnu ikke forbindes dynamisk med en navngiven stjerne. Påstande om, at den med sikkerhed kommer fra et bestemt system, eller at hele dens historie allerede er kortlagt, går længere end det nuværende datagrundlag tillader.

Rubin-observatoriet kan gøre enkeltfund til befolkningsforskning

Kun få interstellare objekter er hidtil blevet observeret tæt nok på til detaljerede undersøgelser. Hvert fund kan være usædvanligt, og derfor er det endnu for tidligt at afgøre, om 3I/ATLAS er et ekstremt særtilfælde eller et typisk eksempel på gamle planetesimaler fra andre stjernesystemer.

Vera C. Rubin-observatoriets tiårige kortlægning af den sydlige himmel, Legacy Survey of Space and Time, kan ændre det. Forudsigelserne er fortsat meget usikre, fordi man kun kender dårligt til interstellare objekters hyppighed, størrelser, refleksionsevne og hastighedsfordeling. Publicerede estimater spænder fra færre end ét fund om året til mange snese om året, afhængigt af antagelserne. 23

Et større antal fund, kombineret med hurtig spektroskopi, kan hjælpe astronomerne med at afdække:

• hvor ofte interstellare gæster er kometlignende frem for klippeagtige;
• fordelingen af størrelse, fart og indflyvningsretning;
• om CO₂-rige, metanholdige, kvælstofrige eller meget deuteriumrige objekter er almindelige;
• hvordan den kemiske sammensætning varierer mellem sandsynlige stjernepopulationer; og
• hvor effektivt planetsystemer slynger smålegemer ud i det interstellare rum.

Rubin-observatoriets store mulighed er altså ikke kun at finde flere mærkelige besøgende. Det er at flytte forskningen fra tolkningen af isolerede enkelteksempler til sammenligningen af en hel population – og dermed teste, om 3I/ATLAS er en sjælden, dybfrossen rest eller medlem af en langt større galaktisk familie. 15