Pressmeddelande

Oväntade tungmetaller funna i solsystemets kometer – och ännu längre bort

19 maj 2021, Skurup

En ny studie av belgiska astronomer som har använt data från Europeiska sydobservatoriets Very Large Telescope (ESO:s VLT) har visat att järn och nickel finns i kometer i solsystemet ut till stora avstånd från solen. En separat studie gjord av en polsk forskargrupp, som också baseras på ESO-data, har visat att nickel också finns i den interstellära kometen 2I/Borisov. Det är första gången som tunga metaller, som normalt förekommer i heta miljöer, har hittats i kalla avlägsna kometers atmosfärer.

“Det var en stor överraskning att finna järn- och nickelatomer i alla de 20-talet kometer vi har studerat under de senaste tjugo åren, även i kalla områden på stort avstånd från solen” säger Jean Manfroid vid universitetet i Liège, Belgien, som är forskningsledare för den nya studien som publiceras i dag i Nature.

Astronomerna känner till att tunga metaller finns i kometernas stoftrika kärnor, men eftersom fasta metaller normalt inte sublimerar (förångas direkt från fast fas) vid låga temperaturer var det inte väntat att de skulle identifieras i kalla kometers atmosfärer. Gaser av nickel och järn har nu detekterats i kometer så långt som 480 miljoner kilometer från solen, mer än tre gånger avståndet mellan jorden och solen.

Det belgiska forskarlaget identifierade nickel och järn i ungefär lika höga halter i kometernas atmosfärer. Material från objekt i solsystemet, till exempel från solen och meteoriter, innehåller normalt tio gånger mer järn än nickel. Detta nya resultat har därför betydelse för vår förståelse av förhållandena i det unga solsystemet, men forskarna undersöker fortfarande exakt vad skillnaden betyder.

“Kometerna bildades för omkring 4,6 miljarder år sedan, i solsystemets ungdom, och har inte utvecklats sedan dess. På så sätt är de som fossiler för astronomer” säger en av medförfattarna till studien, Emmanuel Jehin vid universitetet i Liège. Även om den belgiska forskargruppen hade studerat dessa “fossila” objekt med ESO:s VLT under nästan tjugo år hade de aldrig tidigare noterat närvaron av järn och nickel i deras atmosfärer. “Denna upptäckt har gått under radarn ända tills nu” säger Jehin.

Forskarna använde data från instrumentet UVES (Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph) på ESO:s VLT som med hjälp av spektroskopi kan undersöka kometernas atmosfärer på varierande avstånd från solen. Denna teknik gör det möjligt för astronomerna att studera den kemiska sammansättningen i objekten i universum: varje grundämne ger sig tillkänna genom en karaktäristisk uppsättning av spektrallinjer i ljuset från objekten.

Det belgiska forskarlaget upptäckte svaga, oidentifierade spektrallinjer i UVES-datan, och vid närmare granskning insåg de att linjerna indikerade förekomsten av atomer av järn och nickel. En anledning till att linjerna var så svaga är att de endast finns i försvinnande små mängder. Astronomerna uppskattar att det för varje ton vatten i kometernas atmosfärer bara finns 10 gram järn och ungefär lika mycket nickel.

“Vanligtvis är förekomsten av järn tio gånger högre än nickel, men i de studerade kometerna fann vi ungefär lika stora halter. Vi kunde dra slutsatsen att de troligen härrör från en särskild typ av material på kometens yta, som sublimerar vid låg temperatur och som avger järn och nickel i ungefär samma proportioner” förklarar Damiens Hutsemékers som också ingår i det belgiska forskarlaget från universitetet i Liège.

Även om astronomerna ännu inte har kunnat identifiera vilket material det rör sig om kommer framsteg inom astronomin – som instrumentet Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph (METIS) på ESO:s kommande Extremely Large Telescope (ELT) – att göra det möjligt att bekräfta förekomsten av järn och nickel i kometatmosfärerna.

Forskarna hoppas att deras studie kommer att bana väg för framtida forskning. “Nu kommer astronomer att leta efter dessa linjer i arkivdata erhållna med andra teleskop” säger Jehin. “Vi tror att detta kan leda till fler studier av dessa ämnen”.

Interstellära tungmetaller

En annan spännande studie som också publiceras i dag i Nature visar att tungmetaller också finns i atmosfären hos den interstellära kometen 2I/Borisov. Ett forskarlag från Polen observerade detta objekt, den första kometen från ett annat stjärnsystem som passerade solen, med instrumentet X-shooter, en spektrograf på ESO:s VLT, när kometen passerade genom solsystemet för ett och ett halvt år sedan. Forskarna fann att 2I/Borisovs atmosfär innehåller nickel i gasform.

“Inledningsvis hade vi svårt att förstå att atomärt nickel kunde finns i 2I/Borisov på så stort avstånd från solen. Det var först efter ett stort antal tester och kontroller som vi kunde övertyga oss själva” säger Piotr Guzik vid Jagellonska universitet i Polen, en av författarna till studien. Upptäckten är oväntad eftersom gaser av tungmetaller tidigare bara har identifierats i heta områden som atmosfärerna hos ultraheta expolaneter eller kometer som kommer mycket nära solen och sublimerar i snabb takt. Kometen 2I/Borisov observerades när den var 300 miljoner kilometer från solen, eller dubbelt så långt från solen som jorden.

Detaljstudier av interstellära objekt är av fundamentalt vetenskapligt intresse eftersom de bär på ovärderlig information om de främmande planetsystem där de bildades. “Plötsligt insåg vi att nickel i gasform förekommer i kometatmosfärer på andra platser i galaxen” säger medförfattaren Michal Drahus, även han från Jagellonska universitetet.

De polska och belgiska studierna visar att både 2I/Borisov och objekt i solsystemet har ännu mer gemensamt än man tidigare känt till. “Tänk att kometerna i solsystemet har i det närmaste identiska kusiner i andra planetsystem – hur häftigt är inte det?” avslutar Drahus.

Mer information

Forskningsstudierna presenteras i två artiklar i tidskriften Nature.

Artikeln “Iron and nickel atoms in cometary atmospheres even far from the Sun“ (https://doi.org/10.1038/s41586-021-03435-0) författades av J. Manfroid, D. Hutsemékers och E. Jehin (STAR Institute, Universitet i Liège, Belgien).

Artikeln “Gaseous atomic nickel in the coma of interstellar comet 2I/Borisov” (https://doi.org/10.1038/s41586-021-03485-4) författades av Piotr Guzik och Michał Drahus (Astronomiska observatoriet, Jagiellonska universitetet, Kraków, Polen).

ESO är Europas främsta mellanstatliga samarbetsorgan för astronomisk forskning och med råge världens mest produktiva astronomiska observatorium. Det har 16 medlemsländer: Belgien, Danmark, Finland, Frankrike, Irland, Italien, Nederländerna, Polen, Portugal, Schweiz, Spanien, Storbritannien, Sverige, Tjeckien, Tyskland och Österrike. ESO:s ambitiösa verksamhet rör design, konstruktion och drift av avancerade markbaserade forskningsanläggningar som gör det möjligt för astronomer att göra banbrytande vetenskapliga upptäckter. ESO spelar dessutom en ledande roll i att främja och organisera samarbeten inom astronomisk forskning. ESO driver tre unika observationsplatser i Chile: La Silla, Paranal och Chajnantor. Vid Paranal finns Very Large Telescope, världens mest avancerade observatorium för synligt ljus, och två kartläggningsteleskop. VISTA arbetar i infrarött ljus och är världens största kartläggningsteleskop och VST (VLT Survey Telescope) är det största teleskopet som konstruerats enbart för att kartlägga himlavalvet i synligt ljus. ESO är en huvudpartner i ALMA, världens hittills största astronomiska projekt. Och på Cerro Armazones, nära Paranal, bygger ESO det extremt stora 39-metersteleskopet för synligt och infrarött ljus, ELT. Det kommer att bli ”världens största öga mot himlen”.

Länkar

• Forskningsartiklar
  • Nature, Manfriod et al.
  • Nature, Guzik och Drahus
• Bilder på VLT
• För journalister: prenumerera för att erhålla forskningsnyheter under embargo på ditt språk
• För astronomer: Berätta om din forskning!

Kontakter

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

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

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

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

Michał Drahus
Astronomical Observatory, Jagiellonian University
Krakow, Poland
Tel: +48-126-238-627
Mobil: +48-578-221-628
E-post: 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
E-post: press@eso.org

Johan Warell (Presskontakt för Sverige)
ESO:s nätverk för vetenskaplig kommunikation
Skurup, Sverige
Tel: +46-706-494731
E-post: eson-sweden@eso.org

Connect with ESO on social media

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso2108 som har tagits fram inom ESON, ett nätverk av medarbetare i ESO:s medlemsländer. ESON-representanterna fungerar som lokala kontaktpersoner för media i samband med ESO:s pressmeddelanden och andra händelser. ESON:s kontaktperson i Sverige är Johan Warell.