Minder dan een jaar geleden zagen astronomen een komeet door ons zonnestelsel trekken die van ver daarbuiten kwam. Het object, bekend als 3I/ATLAS, is pas de derde bevestigde interstellaire bezoeker ooit gedetecteerd, en wetenschappers ontrafelen nu aanwijzingen over de buitenaardse omgeving waar het is gevormd - en blijkbaar was die omgeving heel, heel koud.
Een nieuwe studie onder leiding van onderzoekers van de Universiteit van Michigan suggereert dat de komeet is geboren in omstandigheden die veel kouder waren dan die ons eigen zonnestelsel hebben gevormd. De bevindingen komen voort uit een analyse van de ongebruikelijke watersamenstelling van de komeet, die buitengewoon hoge niveaus van deuterium onthulde, een zwaardere vorm van waterstof. Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Nature Astronomy en kreeg steun van NASA, de Amerikaanse National Science Foundation en het Chileense Nationale Onderzoeks- en Ontwikkelingsagentschap.
"Onze nieuwe waarnemingen tonen aan dat de omstandigheden die leidden tot de vorming van ons zonnestelsel heel anders zijn dan hoe planetaire systemen in verschillende delen van onze Melkweg evolueerden," zei Luis Salazar Manzano, hoofdauteur van de studie en promovendus aan de U-M afdeling Astronomie.
Watermoleculen bestaan uit twee waterstofatomen en één zuurstofatoom, wat water zijn vertrouwde H2O-formule geeft. In gewoon water bevatten waterstofatomen alleen een proton. Maar sommige vormen van water bevatten deuterium, een isotoop van waterstof die zowel een proton als een neutron bevat. Onderzoekers ontdekten dat 3I/ATLAS een uitzonderlijk hoge hoeveelheid van dit deuteriumrijke water bevat. Hoewel kleine hoeveelheden zwaar water voorkomen op aarde en in kometen in ons zonnestelsel, waren de niveaus in 3I/ATLAS dramatisch hoger.
"De hoeveelheid deuterium ten opzichte van gewone waterstof in water is hoger dan wat we eerder hebben gezien in andere planetaire systemen en planetaire kometen," zei Salazar Manzano. Volgens de onderzoekers was de deuteriumverhouding in de komeet ongeveer 30 keer hoger dan wat is gemeten in kometen uit ons zonnestelsel en ruwweg 40 keer hoger dan de verhouding in de oceanen van de aarde. Wetenschappers gebruiken deuteriumniveaus als een soort chemische vingerafdruk die de omstandigheden onthult die heersten toen hemellichamen werden gevormd. Door deze verhoudingen te vergelijken met die dichter bij huis, kunnen onderzoekers afleiden wat voor omgeving de komeet heeft geproduceerd.
Het team concludeerde dat 3I/ATLAS waarschijnlijk is gevormd in een veel koudere regio met lagere stralingsniveaus dan de omgeving die de planeten en kometen in ons zonnestelsel creëerde. "Dit is het bewijs dat wat de omstandigheden ook waren die leidden tot de creatie van ons zonnestelsel, ze niet overal in de ruimte voorkomen," zei Teresa Paneque-Carreño, medeleider van de studie en universitair docent astronomie aan de U-M. "Dat klinkt misschien vanzelfsprekend, maar het is een van die dingen die je moet bewijzen."
De onderzoekers zeiden dat de studie alleen mogelijk was omdat astronomen 3I/ATLAS vroeg genoeg detecteerden voor gedetailleerde vervolgwaarnemingen. Na de ontdekking verzekerden Salazar Manzano en medewerkers zich van waarneemtijd bij het MDM-observatorium in Arizona, waar ze enkele van de eerste tekenen van gasemissies van de komeet detecteerden (MDM staat voor Michigan, Dartmouth en het Massachusetts Institute of Technology, de oorspronkelijke partners van het observatorium). Salazar Manzano werkte vervolgens samen met Paneque-Carreño, die expertise meebracht in het gebruik van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, of ALMA, in Chili. ALMA's instrumenten zijn gevoelig genoeg om gedeutereerd water van gewoon water te onderscheiden, waardoor het team de verhouding tussen beide nauwkeurig kon meten.
De onderzoekers zeggen dat dit de eerste keer is dat wetenschappers met succes dit type wateranalyse op een interstellair object hebben uitgevoerd. "Het feit dat we aan de Universiteit van Michigan zaten en toegang hadden tot deze faciliteiten was de sleutel om dit werk mogelijk te maken," zei Salazar Manzano. "We maakten deel uit van een team dat zeer getalenteerd en zeer ervaren was op meerdere gebieden, we vulden elkaar allemaal aan en dat is wat het mogelijk maakte."