Cometa interstellară 3I/ATLAS are un conținut neobișnuit de ridicat de apă grea
Cometa interstellară 3I/ATLAS, descoperită în iulie 2025, continuă să ofere cercetătorilor informații despre compoziția sa izotopică neobișnuită. Un studiu recent, publicat pe arXiv și trimis spre publicare în The Astrophysical Journal Letters, analizează proporțiile izotopilor de carbon și hidrogen din cometa respectivă și propune o explicație pentru aceste valori atipice.
Potrivit autorilor, condusă de Kenji Furuya de la RIKEN Pioneering Research Institute din Japonia, discrepanțele izotopice ar putea fi explicate prin metalicitatea scăzută a mediului stellar în care s-a format cometa. În termeni astronomici, metalicitatea se referă la prezența elementelor cu număr atomic mai mare decât cel al heliului, elemente create în supernove. Mediile sărace în metale, formate în urmă cu miliarde de ani, ar putea produce raporturi izotopice diferite de cele observate în Sistemul Solar.
Măsurătorile au arătat că raportul dintre carbonul-12 și carbonul-13 din 3I/ATLAS este cuprins între 123 și 191, mult mai ridicat decât valoarea de aproximativ 90 întâlnită în obiectele din Sistemul Solar și decât media de circa 68 a mediului interstelar. De asemenea, raportul dintre deuteriu și hidrogen din apa cometei a fost de aproximativ 1%, comparativ cu 0,015%–0,03% pentru o cometă tipică din Sistemul Solar, ceea ce indică un conținut mult mai mare de apă grea.
Pentru a explica aceste valori, cercetătorii au simulat ciclul complet de viață al gheții de apă, de la formarea sa într-un nor interstelar până la colapsul într-un nor de gaz și praf care va forma ulterior o stea. În spațiul interstelar, temperatura gazului este de aproximativ 10 Kelvin, prea scăzută pentru majoritatea reacțiilor chimice. În aceste condiții, îmbogățirea în deuteriu — numită fracționare a deuteriului — are loc pe baza diferențelor de energie. Razele cosmice lovesc gazul și formează ioni triatomici de hidrogen, care pot reacționa cu moleculele de hidrogen deuterat pentru a produce H2D+. La temperaturi atât de scăzute, reacția nu are suficientă energie pentru a reveni la forma stabilă de hidrogen deuterat, capturând astfel deuteriul. Ulterior, moleculele de H2D+ sunt descompuse de electroni, eliberând deuteriu atomic care se combină cu oxigenul pentru a forma apă grea.
Conform studiului, trei factori principali contribuie la acest surplus de deuteriu, toți legați de metalicitatea scăzută a mediului de formare. În primul rând, concentrația mai mică de monoxid de carbon permite supraviețuirea mai îndelungată a H2D+. În al doilea rând, absența unui „potop de hidrogen” — în medii bogate în metale, fotonii ultravioleți descompun apa în OH și H, diluând raportul deuteriu/hidrogen, în timp ce în medii sărace în metale acest proces este redus. În al treilea rând, rata de ionizare prin raze cosmice este mai scăzută, ceea ce reduce energia disponibilă pentru reacția inversă care ar transforma H2D+ înapoi în hidrogen deuterat stabil.
Pentru a valida aceste procese, autorii au realizat o verificare folosind metanul, un alt material comun în comete. Studii anterioare au arătat că raportul deuteriu/hidrogen din metanul cometei 3I/ATLAS este de aproximativ 3%, depășind cu un ordin de mărime valoarea de 0,2% întâlnită în comete din Sistemul Solar, precum 67P/Churyumov-Gerasimenko. Cu toate acestea, raportul relativ dintre deuterierea metanului și cea a apei rămâne similar în ambele cazuri — 3,4 pentru 3I/ATLAS și 4,8 pentru cometa 67P. Aceasta sugerează că, deși deuterierea absolută a unei comete crește în condiții de metalicitate scăzută, raportul dintre deuterierea metanului și cea a apei rămâne constant indiferent de mediul de formare.
Studiul sugerează că 3I/ATLAS oferă o perspectivă asupra condițiilor dintr-o perioadă foarte timpurie a Universului. Deși cometa a ieșit acum din raza de observație a instrumentelor actuale, autorii subliniază importanța continuării studiului vizitatorilor interstellari, care oferă ferestre unice în istoria galaxiei.
