Миссия Swift подсчитала количество воды на межзвездной комете Борисов

Впервые обсерватория НАСА Swift проследила потерю воды из межзвездной кометы, когда она приблизилась и обогнула Солнце. Объект 2I/Борисов прошел через Солнечную систему в конце 2019 года.

«Комета Борисов точно не вписывается ни в один класс комет Солнечной системы, но она также и не выделяется из них», – сказал Зекси Син, аспирант Гонконгского университета и Обернского университета в Алабаме, который руководил исследованиями. Есть известные кометы, которые разделяют по крайней мере одно из свойств кометы.

Кометы – это застывшие сгустки газов, смешанные с пылью, часто называемые “грязными снежками”. Ученые подсчитали, что сотни миллиардов из них могут вращаться вокруг нашего Солнца. Однако, судя по скорости кометы Борисова и вычисленной траектории, она должна была прийти из-за пределов Солнечной системы. Комета – всего лишь второй известный межзвездный гость, обнаруженный через два года после того, как первый объект, названный “Оумуамуа”, пронесся через Солнечную систему.

Астроном-любитель Геннадий Борисов обнаружил комету 30 августа, за четыре месяца до того, как она приблизилась к Солнцу. Ранняя идентификация дала многочисленным космическим и наземным обсерваториям время для детальных последующих наблюдений. В октябре ученые с помощью обсерватории Apache Point в Санспоте, штат Нью-Мексико, обнаружили первый намек на воду в комете. В последующие месяцы космический телескоп НАСА “Хаббл” сделал снимки кометы, когда она неслась со скоростью около 160 000 километров в час.

Когда комета приближается к Солнцу, замерзший материал на ее поверхности – например, углекислый газ – нагревается и начинает превращаться в газ. Когда она оказывается в пределах 370 миллионов километров от Солнца, начинает испаряться вода. Син и коллеги подтвердили наличие воды на комете Борисова и измерили ее потерю с помощью ультрафиолетового света.

Когда солнечный свет расщепляет молекулы воды, появляется один из фрагментов – молекула состоящая из одного атома кислорода и одного атома водорода – гидроксил. Swift обнаруживает ее в ультрафиолетовом свете с помощью своего инструмента UVOT. Между сентябрем и февралем команда Сина сделала шесть наблюдений за кометой Борисова вместе со Swift. Они увидели 50-процентное увеличение количества гидроксила и, следовательно, воды, которые Борисов производил в период с 1 ноября по 1 декабря, что было всего в семи днях до ближайшего пролета кометы у Солнца.

На пике активности комета Борисова сбрасывала 30 литров воды в секунду. Этого достаточно, чтобы наполнить ванну примерно за 10 секунд. Во время своего путешествия по Солнечной системе комета потеряла почти 230 миллионов литров воды – достаточно, чтобы заполнить более 92 олимпийских бассейнов. По мере удаления от Солнца потери воды на комете уменьшались – причем быстрее, чем у любой ранее наблюдавшейся кометы. Син сказал, что это могло быть вызвано целым рядом факторов, в том числе поверхностной эрозией, вращением и даже фрагментацией.

На самом деле данные с Хаббла и других обсерваторий показывают, что куски от кометы откололись только в конце марта.

«Мы рады, что быстрое время отклика телескопа Swift позволило нам поймать и наблюдать темпы выброса воды с кометы», – сказал соавтор Деннис Бодевиц, профессор физики в Оберне. «Для комет мы выражаем количество других обнаруженных молекул как отношение к количеству обнаруженной воды. Она дает очень важный контекст для других наблюдений.»

Оценка количества воды с помощью Swift также помогло команде вычислить, что минимальный размер кометы Борисова составляет чуть менее 740 метров в поперечнике. По оценкам специалистов, по меньшей мере 55% поверхности Борисова активно сбрасывала материал, когда она была ближе всего к Солнцу. Это по меньшей мере в 10 раз больше активной площади большинства наблюдаемых комет Солнечной системы. Борисов также отличается от комет Солнечной системы и другими аспектами. Например, астрономы, работающие с Хабблом и большим миллиметровым/субмиллиметровым массивом Атакама (ALMA), радиотелескопом в Чили, обнаружили, что комета Борисова выбрасывает самое большое количество окиси углерода, когда-либо наблюдавшееся от кометы на таком расстоянии от Солнца.

Однако у Борисова есть некоторые общие черты с кометами Солнечной системы. Увеличение потери воды по мере приближения к Солнцу было похоже на ранее наблюдавшиеся объекты. Син и команда также обнаружили, что другие молекулы в химическом инвентаре Борисова – и их обилие – похожи на доморощенные кометы.

Но совокупные характеристики Борисова не дают нам разместить ее в каком-либо одном известном семействе комет. Ученые все еще размышляют над тем, что это означает для развития комет в других планетных системах.

Результаты работы команды были опубликованы в выпуске журнала Astrophysical Journal Letters от 27 апреля 2020 года и доступны в интернете.

Swift был разработан для изучения гамма-всплесков, самых ярких взрывов во вселенной. Но в течение последнего десятилетия Бодевитс использовал его, чтобы узнать больше о кометах, поскольку они пересекают солнечную систему. Большая часть ультрафиолетового света поглощается атмосферой Земли, поэтому ученые должны искать сигнатуру гидроксила из космоса. А поскольку Swift обладает гибкой стратегией наблюдения и быстрым временем реакции, он может осуществлять долгосрочный мониторинг новых интересных целей. Первые пять наблюдений за кометой Борисова состояли из снимков UVOT, сделанных за 12 часов, а последним была серия снимков, сделанных за 24 часа.

«Команда не предполагала, что миссия внесет такой большой вклад в наше понимание планетарной науки», – сказал главный исследователь Swift С. Брэдли Ченко из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. «Но это хороший пример того, как люди придумывают творческие и мощные способы использования возможностей, которые существуют для создания неожиданной и захватывающей науки».