Páry těžkých kovů nečekaně nalezeny u komet na různých místech Sluneční soustavy i mimo ni

ESO 008/21 tisková zpráva

Nový výzkum belgického týmu vědců, kteří využili data získaná dalekohledem VLT na Evropské jižní observatoři, ukázal, že v atmosférách komet roztroušených i na těch nejvzdálenějších místech Sluneční soustavy se nalézá železo a nikl. Nezávislá studie polských vědců, kteří rovněž pracovali s přístroji ESO, odhalila páry niklu také v okolí mezihvězdné komety 2I/Borisov. Vůbec poprvé se tak podařilo v chladných atmosférách vzdálených komet identifikovat těžké kovy, jejichž výskyt většinou spojujeme s velmi horkým prostředím.

„Je velké překvapení, že jsme nalezli atomy železa a niklu v atmosférách téměř dvaceti komet, které jsme pozorovali za poslední dvě desetiletí, a to i u těch vzdálených, nacházejících se ve velmi chladném prostředí,“ říká Jean Manfroid (University of Liège, Belgie), který vedl výzkum komet Sluneční soustavy, jehož výsledky byly publikovány v časopise Nature.

Astronomové vědí, že těžké kovy se vyskytují v ledovo-prachových jádrech komet. Ale jelikož pevné kovy většinou za nízkých teplot nesublimují (nemění se v plyn), neočekávali, že je najdou v atmosférách chladných komet, které putují Sluneční soustavou ve velké vzdálenosti od Slunce. Páry železa a niklu byly nyní detekovány u komet nacházejících se ve vzdálenosti přes 480 milionů kilometrů od Slunce, což je třikrát dále než obíhá Země kolem Slunce.

Členové belgického týmu detekovali v kometárních atmosférách zhruba stejné množství železa a niklu. Hmota v naší Sluneční soustavě, například v nitru Slunce nebo v meteoritech, ale obvykle obsahuje asi desetkrát více železa než niklu. Tento nový výsledek má proto zásadní dopad na to, jak astronomové chápou počáteční fáze vývoje Sluneční soustavy. A členové týmu se stále snaží rozluštit, co to znamená.

„Komety vznikly asi před 4,6 miliardy let ve velmi rané fázi vývoje Sluneční soustavy a od té doby se některé z nich změnily jen velmi málo. V tomto smyslu jsou pro astronomy jako fosilie,“ upozorňuje spoluautor studie Emmanuel Jehin (University of Liège).

I když se belgický tým věnoval výzkumu těchto ‚fosilních‘ objektů pomocí dalekohledu ESO/VLT (Very Large Telescope) téměř 20 let, přítomnosti železa a niklu v jejich atmosférách si vědci až doteď nevšimli. „Tento objev unikal naší pozornosti po mnoho let,“ říká Emmanuel Jehin.

Vědci využili pozorování získaná spektrografem UVES (Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph), který pracuje ve spojení s dalekohledem ESO/VLT. Metodami spektroskopie analyzovali atmosféru komet nacházejících se v různých vzdálenostech od Slunce. Tento postup astronomům umožňuje odhalit chemické složení kosmických objektů, neboť každý prvek zanechává ve světle (a tedy spektru) unikátní otisk – sadu spektrálních čar. 

Členům belgického týmu se podařilo zaznamenat dosud neidentifikované spektrální čáry v datech z přístroje UVES a po bližší analýze zjistili, že se jedná o známky přítomnosti neutrálních atomů železa a niklu. Důvodem, proč byla identifikace těžkých kovů tak obtížná, je jejich výskyt jen ve velmi malém množství.  Vědci odhadují, že na kilogram vody v atmosféře komety připadá 1 gram železa a přibližně stejné množství niklu.

„Obvykle pozorujeme asi desetinásobné množství železa než niklu, ale v kometárních atmosférách jsme našli těchto prvků zhruba stejně. Dospěli jsme k závěru, že by mohly pocházet z vzácného materiálu na povrchu kometárního jádra, který sublimuje za nízkých teplot a uvolňuje železo a nikl zhruba v podobném množství,“ vysvětluje Damien Hutsemékers, rovněž jeden ze členů týmu belgických vědců z univerzity v Liège.

I když si vědci zajím nejsou jistm tím, o jaký materiáln by se mohlo jednat, pokročilé astronomické přístroje – například přístroj METIS (Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph) připravovaný pro budovaný dalekohled ESO/ELT (Extremely Large Telescope) – jim umožní vypátrat zdroj atomů železa a niklu, které pozorují v atmosférách komet.

Členové belgického týmu doufají, že jejich studie představuje první kroky budoucího výzkumu. „Nyní začnou kolegové pátrat po těchto čarách i v archivních datech z jiných teleskopů,“ dodává Emmanuel Jehin. „Myslíme si, že to povede k nastartování nového zájmu o toto téma.“

Mezihvězdné těžké kovy

Další pozoruhodná práce, rovněž publikovaná v časopise Nature, ukazuje, že těžké kovy se vyskytují také v atmosféře mezihvězdné komety 2I/Borisov. Tým astronomů z Polska pozoroval toto těleso – první známou kometu, která přilétla do Sluneční soustavy z mezihvězdného prostoru – pomocí spektrografu X-shooter a dalekohledu ESO/VLT při průletu vnitřní částí slunečního systému před rokem a půl. Zjistili, že obálka (koma) komety 2I/Borisov obsahuje nikl.

„Nejdřív jsme nechtěli věřit tomu, že by se nikl skutečně mohl vyskytovat v komě komety 2I/Borisov nacházející se tak daleko od Slunce. Provedli jsme mnoho testů a kontrol, než jsme sami sebe přesvědčili,“ říká autor studie Piotr Guzik (Jagellonská univerzita, Krakov, Polsko). Je to překvapivý objev, protože kromě dvojice studií publikovaných dnes, byl plyn s atomy těžkých kovů dosud pozorován pouze ve velmi horkém prostředí, například v atmosférách extrémně horkých extrasolárních planet nebo vypařujících se komet prolétajících v těsné blízkosti Slunce. A kometa 2I/Borisov byla pozorována ve vzdálenosti 300 milionů kilometrů od Slunce, tedy asi dvakrát dále než obíhá Země kolem Slunce.      

Detailní studium mezihvězdných objektů je pro vědu stěžejní, protože tato tělesa nesou neocenitelné informace o cizích planetárních systémech, ze kterých pochází. „Najednou jsme se dozvěděli, že plynný nikl se vyskytuje v kometárních atmosférách i v jiných koutech Galaxie,“ upozorňuje spoluautor práce Michał Drahus (rovněž z Jagiellonské university).

Studie polských i belgických vědců ukázaly, že 2I/Borisov i komety Sluneční soustavy mají mnohem víc společného, než jsme si dosud mysleli. „Představte si, že jiné planetární systémy mají objekty analogické kometám Sluneční soustavy – není to úžasné?“ dodává Michał Drahus.

Zdroj

Další informace

Výzkum byl prezentován ve dvojici článků publikovaných v prestižním vědeckém časopise Nature:

“Iron and nickel atoms in cometary atmospheres even far from the Sun“ (https://doi.org/10.1038/s41586-021-03435-0) autorů J. Manfroid, D. Hutsemékers & E. Jehin (STAR Institute, University of Liège, Belgie)

“Gaseous atomic nickel in the coma of interstellar comet 2I/Borisov” (https://doi.org/10.1038/s41586-021-03485-4) autorů Piotr Guzik a Michał Drahus (Astronomical Observatory, Jagiellonská univerzita, Krakov, Polsko).

ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace v Evropě, která v současnosti provozuje nejproduktivnější pozemní astronomické observatoře světa. ESO má 16 členských států – Belgie, Česko, Dánsko, Finsko, Francie, Irsko, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie – a dvojici strategických partnerů – Chile, která hostí všechny observatoře ESO, a Austrálii. ESO uskutečňuje ambiciózní program zaměřený na návrh, konstrukci a provoz výkonných pozemních pozorovacích komplexů umožňujících astronomům dosáhnout významných vědeckých objevů. ESO také hraje vedoucí úlohu při podpoře a organizaci celosvětové spolupráce v astronomickém výzkumu. ESO provozuje tři unikátní pozorovací střediska světového významu nacházející se v Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Observatoři Paranal pracují dalekohledy systému VLT (Velmi velký dalekohled) schopné fungovat společně jako interferometr VLTI a dva přehlídkové teleskopy – VISTA pro infračervenou a VST pro viditelnou oblast spektra. Na Observatoři Paranal bude umístěn a provozován také největší a nejcitlivější teleskop pro sledování záření gama – Cherenkov Telescope Array South. ESO je také významným partnerem zařízení umístěných na planině Chajnantor – APEX a ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Nedaleko Observatoře Paranal, na hoře Cerro Armazones, staví ESO nový dalekohled ELT (Extrémně velký dalekohled) s primárním zrcadlem o průměru 39 m, který se stane „největším okem lidstva hledícím do vesmíru“.

Odkazy

• vědecké články:
  • Nature: Manfroid a kol.
  • Nature: Guzik, Drahus
• snímky dalekohledu VLT
• pro novináře: tiskové zprávy pod embargem ve vašem jazyce (REGISTRACE)
• pro vědce: váš článek v tiskové zprávě ESO

Kontakty

Petr Kabáth
národní kontakt
Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika
Email: eson-czech@eso.org

Jiří Srba
překlad
Email: j.srba@seznam.cz

Jean Manfroid
STAR Institute, University of Liège
Liège, Belgium
Tel.: +32 4 366 97 25
Email: jmanfroid@gmail.com

Damien Hutsemékers
STAR Institute, University of Liège
Liège, Belgium
Email: D.Hutsemekers@uliege.be

Emmanuel Jehin
STAR Institute, University of Liège
Liège, Belgium
Tel.: +32 470 850 172
Email: ejehin@uliege.be

Piotr Guzik
Astronomical Observatory, Jagiellonian University
Krakow, Poland
Tel.: +48-126-238-627
Mobil: +48-791-223-196
Email: piotr.guzik@doctoral.uj.edu.pl

Michał Drahus
Astronomical Observatory, Jagiellonian University
Krakow, Poland
Tel.: +48-126-238-627
Mobil: +48-578-221-628
Email: drahus@oa.uj.edu.pl

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6670
Mobil: +49 151 241 664 00
Email: press@eso.org