Межзвездная комета 3I/ATLAS, недавно оказавшаяся в центре внимания, может быть одной из древнейших известных людям космических «гостей». Согласно новой оценке ее изотопного состава, возраст объекта составляет от 10 до 12 миллиардов лет. Если эти данные подтвердятся, это означает, что комета сформировалась всего через несколько миллиардов лет после появления галактики Млечный Путь.
3I/ATLAS — лишь третий зафиксированный объект, проникший в нашу Солнечную систему из межзвездного пространства. После открытия в 2025 году она двигалась со скоростью около 58 километров в секунду относительно Солнца, став самой быстрой из известных комет — значительно быстрее своих предшественников, 1I/Оумуамуа и 2I/Борисова.
Считается, что чем выше скорость межзвездного объекта, тем он старше: за миллиарды лет такие тела многократно испытывают гравитационное ускорение при сближении с другими звездами, постепенно разгоняясь. На основе этой скорости астрономы ранее оценивали «кинематический» возраст 3I/ATLAS в диапазоне от трех до 11 миллиардов лет — с большой неопределенностью.
Теперь новое исследование под руководством Мартина Кординера из Центра космических полетов NASA имени Годдарда склоняется к верхней границе этого диапазона. Ученые проанализировали состав кометы с помощью спектрометра NIRSpec космического телескопа «Джеймс Уэбб», измерив соотношение изотопов углерода (углерод-12 и углерод-13), а также степень обогащения воды дейтерием — тяжелым изотопом водорода.
Изотопы — это атомы одного элемента с одинаковым числом протонов, но разным числом нейтронов. Так, углерод-12 содержит шесть протонов и шесть нейтронов, а углерод-13 — шесть протонов и семь нейтронов. Дейтерий, в отличие от обычного водорода, имеет один протон и один нейтрон.
Наблюдения показали, что в составе 3I/ATLAS значительно больше углерода-12 по отношению к углероду-13, чем в любых известных объектах Солнечной системы, а также в окрестных протопланетных дисках и межзвездных облаках. Это однозначно указывает на внегалактическое происхождение — комета «не отсюда».
Поскольку содержание углерода-13 во Вселенной увеличивается со временем — в результате процессов звездообразования и вспышек новых — его низкая доля в составе кометы говорит о том, что она сформировалась очень давно, еще до того, как этот изотоп накопился в значительных количествах.
Модели эволюции галактики позволяют уточнить этот вывод. После формирования Млечного Пути около 13 миллиардов лет назад произошел бурный всплеск звездообразования. Многие звезды быстро эволюционировали в красные гиганты, затем сбрасывали оболочки, образуя планетарные туманности, а их ядра превращались в белые карлики.
В тесных двойных системах такие белые карлики могут перетягивать вещество у соседней звезды, что приводит к термоядерным вспышкам — новым. Именно они являются важным источником углерода-13. На ранних этапах истории галактики такие вспышки происходили особенно часто, постепенно увеличивая содержание этого изотопа.
Тот факт, что в 3I/ATLAS мало углерода-13, но при этом присутствуют более тяжелые элементы, указывает, что комета сформировалась в этот ранний период — до накопления углерода-13. Это и дает оценку ее возраста в 10–12 миллиардов лет.
Дополнительные сведения дает и состав воды кометы. В ней обнаружено значительно повышенное содержание дейтерия — примерно на порядок выше, чем у типичных комет Солнечной системы. Такое обогащение возможно лишь при крайне низких температурах (около −243°C), характерных для холодных межзвездных облаков, и в среде с низким содержанием тяжелых элементов — что снова указывает на ранние эпохи формирования галактики.
Поскольку кометы формируются одновременно с планетами, 3I/ATLAS может быть реликтом одной из самых ранних планетных систем в Млечном Пути.