Після 15 років спроб дослідники за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST) вперше успішно виявили виділення води з комети головного поясу. Нещодавно опублікована стаття Nature «Пряме виявлення води з комети головного поясу за допомогою JWST» під керівництвом Майкла Келлі з Університету Меріленда повідомляє про перше пряме спектроскопічне виявлення виділення води з комети головного поясу під назвою Comet Read. Старший науковий співробітник Інституту планетарних наук Генрі Хсіє є співавтором статті.

Комети головного поясу — це рідкісний підклас комет, які мають здебільшого кругові орбіти, повністю обмежені головним поясом астероїдів між орбітами Марса та Юпітера, але демонструють кометну поведінку — викидають матеріал, який створює нечіткий вигляд і часто хвости — який, на думку астрономів, утворюється шляхом сублімації — або прямого переходу льоду в газ — крижаного матеріалу.

Однак коли-небудь було виявлено лише пил, який викидається кометами головного поясу, незважаючи на численні спроби виявити вихідні гази, які також повинні супроводжувати сублімаційну кометну активність. Очікується, що на більшості астероїдів головного поясу не буде багато льоду, враховуючи їх розташування в теплій внутрішній Сонячній системі, де вони, як вважають, проживали мільярди років.

Для порівняння, більшість інших комет, які демонструють активність, спричинену сублімацією, проводять велику частину свого часу в холодній зовнішній Сонячній системі на дуже витягнутих орбітах, які лише іноді проходять через внутрішню Сонячну систему. Враховуючи ці міркування, зберігаються сумніви щодо того, чи дійсно комети головного поясу можуть бути крижаними. Дотепер.

«З моменту відкриття комет головного поясу ми зібрали значну кількість доказів того, що їх активність зумовлена ​​сублімацією, але до цього часу всі вони були непрямими. Цей новий результат JWST є першим прямим доказом сублімації в форму виділення води — або виділення будь-якого виду — з комети головного поясу, після досліджень 2008 року, спрямованих на виявлення виділення газів у кометах головного поясу за допомогою деяких із найбільших наземних телескопів у світі», — пояснив Се, який очолив відкриття комет головного поясу як нового виду комет у 2006 році.

У статті Сє та його колеги також виявили, що комета Рід, а отже, можливо, й інші комети головного поясу, мають принципово відмінний хімічний склад від інших комет, демонструючи майже відсутність вуглекислого газу, загального компонента кометного виділення газів, відносно комет. кількість знайденої води. Незалежно від того, чи воно пережило різні обставини формування чи еволюційну історію,

Комета Рід навряд чи є недавнім втручанням у пояс астероїдів із зовнішньої частини Сонячної системи. Виходячи з цих результатів, комети головного поясу представляють собою зразок летючого матеріалу, який наразі не представлений у спостереженнях класичних комет і метеоритних літописах, що робить їх важливими для розуміння запасів летючих речовин ранньої Сонячної системи та її подальшої еволюції.

«Оскільки істотна кількість водяного льоду, який є основним компонентом летючого матеріалу, який зазвичай викликає активність у «класичних» кометах із зовнішньої частини Сонячної системи, є неочікуваним для астероїдів головного поясу, враховуючи, наскільки вони близько до Сонця, завжди існував Деякі сумніваються щодо того, чи кометна активність головного поясу спричинена сублімацією водяного льоду, а не якимось іншим процесом, який не включає лід, таким як зіткнення або матеріал, який викидається в космос швидко обертовими астероїдами», — сказав Се.

«Вода в кометах головного поясу важлива, тому що об’єкти з головного поясу астероїдів були запропоновані як потенційне джерело земної води в ранній Сонячній системі, де сучасні комети головного поясу, здається, дають можливість перевірити цю гіпотезу. Але це працює лише в тому випадку, якщо вони дійсно містять водяний лід. Підтвердження виділення води принаймні в одній кометі головного поясу підтверджує, що дізнатися про походження води на Землі від комет головного поясу є життєздатною можливістю», — сказав Се.

Команда використовувала JWST для спостереження за Рідом незабаром після його близького наближення до Сонця, коли очікувалося, що виділення газів буде найсильнішим, виконуючи як зображення, так і спектроскопічні спостереження в ближньому інфрачервоному діапазоні для пошуку характерних спектроскопічних особливостей водяної пари та інших звичайні гази, утворені сублімацією комет.

Космічний телескоп імені Джеймса Вебба НАСА зробив ще один довгоочікуваний науковий прорив, цього разу для вчених сонячної системи, які вивчають походження великої кількості води на Землі. Використовуючи прилад Вебба NIRSpec (ближній інфрачервоний спектрограф), астрономи вперше підтвердили наявність газу – зокрема, водяної пари – навколо комети в головному поясі астероїдів, що вказує на те, що в цьому регіоні може зберігатися водяний лід із первісної Сонячної системи. Однак успішне виявлення води пов’язане з новою загадкою: на відміну від інших комет, комета 238P/Read не мала вуглекислого газу, який можна було б виявити.

«Наш просякнутий водою світ, який кишить життям і є унікальним у Всесвіті, наскільки нам відомо, є певною загадкою – ми не впевнені, як уся ця вода потрапила сюди», – сказала Стефані Мілам, заступник наукового співробітника проекту Webb із планетарних досліджень. науки та співавтор дослідження, який повідомляє про відкриття. «Розуміння історії розподілу води в Сонячній системі допоможе нам зрозуміти інші планетні системи, і чи можуть вони бути на шляху до розміщення планети, схожої на Землю», — додала вона.

Комета Рід — це комета головного поясу — об’єкт, який знаходиться в головному поясі астероїдів, але який періодично демонструє гало або кому та хвіст, як у комети. Комети головного поясу самі по собі є досить новою класифікацією, і комета Рід була однією з перших трьох комет, використаних для встановлення категорії. До цього вважалося, що комети знаходяться в поясі Койпера та хмарі Оорта, за орбітою Нептуна, де їхні льоди могли зберігатися далі від Сонця. Замерзлий матеріал, який випаровується, коли вони наближаються до Сонця, є тим, що надає кометам характерну кому та хвіст, що тече, що відрізняє їх від астероїдів. Вчені давно припускали, що водяний лід може зберігатися в теплішому поясі астероїдів, всередині орбіти Юпітера, але остаточних доказів було невловимим – аж до Вебба.

«У минулому ми бачили об’єкти в головному поясі з усіма характеристиками комет, але тільки з цими точними спектральними даними Вебба ми можемо сказати так, це точно водяний лід, який створює цей ефект», – пояснив астроном Майкл Келлі. Університету Меріленда, провідний автор дослідження.

«Завдяки спостереженням Вебба за кометою Рід ми тепер можемо продемонструвати, що водяний лід з ранньої Сонячної системи може зберігатися в поясі астероїдів», — сказав Келлі.

Відсутній вуглекислий газ був більшим сюрпризом. Як правило, вуглекислий газ становить близько 10 відсотків летючого матеріалу в кометі, який може легко випаровуватися сонячним теплом. Наукова група представляє два можливі пояснення нестачі вуглекислого газу. Однією з можливостей є те, що комета Рід мала вуглекислий газ під час свого формування, але втратила його через високу температуру.

«Перебування в поясі астероїдів протягом тривалого часу може це зробити — вуглекислий газ випаровується легше, ніж водяний лід, і може просочуватися протягом мільярдів років», — сказав Келлі. Крім того, за його словами, комета Ріда могла сформуватися в особливо теплій кишені Сонячної системи, де не було вуглекислого газу.

Наступним кроком є ​​виведення досліджень за межі комети Рід, щоб побачити порівняння інших комет головного поясу, каже астроном Гайді Хаммел з Асоціації університетів досліджень астрономії (AURA), керівник Гарантованого часу спостережень Вебба за об’єктами Сонячної системи та співавтор дослідження. «Ці об’єкти в поясі астероїдів маленькі і слабкі, і з Веббом ми нарешті можемо побачити, що з ними відбувається, і зробити деякі висновки. Чи іншим кометам головного поясу також бракує вуглекислого газу? У будь-якому випадку це буде цікаво дізнатися», — сказав Хаммел.

Співавтор Мілам уявляє можливості ще більше наблизити дослідження до дому. «Тепер, коли Вебб підтвердив, що вода збереглася так близько, як пояс астероїдів, було б цікаво продовжити це відкриття за допомогою місії зі збору зразків і дізнатися, що ще можуть розповісти нам комети головного поясу». Дослідження опубліковано в журналі Nature.