Raskaiden metallien atomeja on löydetty komeetoista koko aurinkokunnan alueelta ja kauempaa

eso2108 — Science Release / Pasi nurmi

19. toukokuuta 2021

Belgialaisen tutkimusryhmän uusi tutkimus, jossa on käytetty Euroopan eteläisen observatorion Very Large Telescope (VLT) kaukoputken aineistoa, on osoittanut, että rautaa ja nikkeliä on komeettojen kaasukehässä koko Aurinkokunnassamme, jopa kaukana Auringosta. Puolalaisen tutkimusryhmän erillisessä tutkimuksessa, jossa käytettiin myös ESO:n dataa, kerrottiin, että myös jäisessä tähtienvälisessä komeetta 2I/Borisovissa on nikkeliä. Kyseessä on ensimmäinen kerta, kun kaukaisten komeettojen kylmistä kaasukehistä löytyy yleensä kuumiin ympäristöihin liittyviä raskaita metalleja.

Komeetan C/2016 R2 (PANSTARRS) kuvaan on sijoitettu ESON Parannal observatorion SPECULOOS kaukoputkella otettu spektri, josta on löydettävissä ”outoja” spektriviivoja ja jotka lopulta paljastuivat raudasta ja nikkelistä koostuvan kaasun aiheuttamaksi. Kuva ESO/L. Calçada, SPECULOOS Team/E. Jehin, Manfroid et al.

”Oli suuri yllätys löytää rauta- ja nikkeliatomeja kaikkien niiden komeettojen kaasukehistä, joita olemme havainneet kahden viime vuosikymmenen aikana. Näitä on noin 20, joista osa on kaukana Auringosta kylmässä avaruudessa”, Jean Manfroid Liègen yliopistosta Belgiasta sanoi. Hän johti uutta Aurinkokunnan komeettoja koskevaa tutkimusta, joka julkaistaan tänään Nature-lehdessä,

Tähtitieteilijät tietävät, että raskaita metalleja on komeettojen pölyisissä ja kivisissä sisäosissa. Mutta koska kiinteät metallit eivät yleensä ”sublimoidu” (muutu kaasumaisiksi) alhaisissa lämpötiloissa, he eivät odottaneet löytävänsä niitä kaukana Auringosta kiitävien kylmien komeettojen kaasukehistä. Nikkeli- ja rautahöyryä on nyt havaittu komeetoista jopa yli 480 miljoonan kilometrin päässä Auringosta, eli yli kolminkertaisesti Maan ja Auringon väliseltä etäisyydeltä.

Belgialainen tutkimusryhmä löysi komeettojen kaasukehästä rautaa ja nikkeliä suunnilleen yhtä suurina määrinä. Aurinkokunnassamme, esimerkiksi Auringossa ja meteoriiteissa oleva materia, sisältää yleensä noin kymmenen kertaa enemmän rautaa kuin nikkeliä. Tällä uudella tuloksella on siis vaikutuksia tähtitieteilijöiden käsitykseen varhaisen aurinkokunnan olosuhteista, vaikka tutkimusryhmä vielä pohtiikin, mitä tämä uusi tulos voisi tarkoittaa.

”Komeetat muodostuivat noin 4,6 miljardia vuotta sitten Aurinkokunnan ollessa hyvin nuori, eivätkä ne ole muuttuneet niistä ajoista. Siinä mielessä ne ovat kuin fossiileja tähtitieteilijöille”, tutkimuksen toinen kirjoittaja Emmanuel Jehin, myös Liègen yliopistosta, sanoi.

Vaikka belgialainen tutkimusryhmä on tutkinut näitä "muinaisia" kohteita ESO:n VLT:llä lähes 20 vuoden ajan, he eivät olleet aikaisemmin havainneet nikkelin ja raudan olemassaoloa komeettojen kaasukehässä. ”Tämä löytö ohitti seulamme monen vuoden ajan”, Jehin sanoi.

Tutkimusryhmä käytti ESO:n VLT:ssä olevaa Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph (UVES) instrumenttia datan keräämiseen. Se hyödyntää spektroskopiaksi kutsuttua tekniikkaa analysoidakseen komeettojen kaasukehiä eri etäisyyksillä Auringosta. Tämä tekniikka antaa tähtitieteilijöille mahdollisuuden selvittää avaruuden kohteiden kemiallisia koostumuksia. Jokainen kemiallinen aine saa aikaan ainutlaatuisen allekirjoituksensa, eli joukon spektriviivoja, jotka näkyvät kohteista kerätyn valon spektrissä.

Belgialainen tutkimusryhmä oli havainnut UVES-datassa heikkoja, tunnistamattomia spektriviivoja ja huomannut tarkemmin asiaa tarkasteltuaan, että ne vihjaavat neutraalien rauta- ja nikkeliatomien esiintymiseen. Syy siihen, miksi raskaita elementtejä oli vaikea tunnistaa, on se, että niitä on hyvin pieniä määriä. Ryhmän arvion mukaan jokaista sataa kiloa vettä kohti, komeettojen kaasukehässä on vain 1 g rautaa, ja suunnilleen saman verran nikkeliä.

”Yleensä rautaa on 10 kertaa enemmän kuin nikkeliä, mutta löytämiemme komeettojen kaasukehistä löytyi suunnilleen sama määrä molempia alkuaineita. Päädyimme siihen tulokseen, että ne saattaisivat tulla komeetan ytimen pinnalla olevasta erityisestä materiaalista, joka sublimoituu melko alhaisessa lämpötilassa vapauttaen rautaa ja nikkeliä suunnilleen samoissa mittasuhteissa" Damien Hutsemékers, joka on myös belgialaisen ryhmän jäsen Liègen yliopistosta, sanoi.

Vaikka tutkimusryhmä ei ole vielä varma, mitä tämä aine voisi olla, niin seuraavat tähtitieteen havaintolaitteet, kuten ESO:n tulevan Erittäin suuren teleskoopin (ELT) Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph (METIS) instrumentti, antavat tutkijoille mahdollisuuden vahvistaa näiden komeettojen kaasukehästä löytyvien rauta- ja nikkeliatomien lähteen.

Belgialaisryhmä toivoo tutkimuksensa pohjustavan tietä tulevalle tutkimukselle. ”Nyt ihmiset etsivät vastaavia tuloksia muista kaukoputkista peräisin olevasta arkistodatasta”, Jehin sanoi. ”Uskomme, että tämä käynnistää tästä aiheesta myös uusia tutkimushankkeita”.

 

Tähtienväliset raskaat metallit

Toinen tänään Nature-lehdessä julkaistu merkittävä tutkimus osoittaa, että raskaita metalleja esiintyy myös tähtienvälisen komeetan 2I/Borisov kaasukehässä. Puolalainen ryhmä havaitsi tätä ensimmäistä kertaa Aurinkokunnassamme vieraillutta 'alien'-komeettaa X-shooter spektrografilla ESO:n VLT-kaukoputkella. Tämä tapahtui komeetan lentäessä ohitsemme noin puolitoista vuotta sitten. He havaitsivat, että 2I/Borisovin kylmässä kaasukehässä on kaasumaista nikkeliä.

”Meillä oli aluksi vaikea uskoa, että atomimuodossa olevaa nikkeliä voisi todella olla 2I/Borisovissa niin kaukana Auringosta. Vaatii lukuisia testejä ja tarkastuksia ennen kuin pystyimme vihdoin vakuuttamaan itsemme tästä havainnosta", tutkimuksen tekijä Piotr Guzik Jagiellonilaisesta yliopistosta Puolasta, kertoi. Löydös oli yllättävä, koska ennen tänään julkaistuja kahta tutkimusta, raskaita metalleja oli havaittu vain kuumista ympäristöistä, kuten ultrakuumien eksoplaneettojen kaasukehistä tai liian lähelle Aurinkoa kulkeneiden haihtuvien komeettojen kaasukehistä. 2I/Borisovia havaittiin, kun se oli noin 300 miljoonan kilometrin päässä Auringosta, joka vastaa noin kahta Maan ja Auringon välistä etäisyyttä.

Tähtienvälisten kappaleiden yksityiskohtainen tutkiminen on tieteelle erityisen arvokasta, koska niiden mukana kulkee korvaamatonta tietoa muista planeettajärjestelmistä, joista ne ovat peräisin. ”Yhtäkkiä ymmärsimme, että kaasumaista nikkeliä on myös galaksimme muista kolkista peräisin olevissa komeettojen kaasukehissä”, toinen tutkimuksen kirjoittaja Michał Drahus, myös Jagiellonialaisesta yliopistosta, sanoi.

Puolalais- ja belgialaistutkimusten mukaan 2I/Borisovin ja Aurinkokunnan komeetoilla on vielä enemmän yhteistä kuin aiemmin on luultu. ”Kuvitelkaa, että Aurinkokuntamme komeetoilla on todellisia vastinpareja myös muissa planeettakunnissa.”, Drahus totesi lopuksi.