Een zeldzame komeet van buiten het zonnestelsel biedt astronomen een zeldzaam inzicht in hoe een ‘buitenaards’ planetenstelsel, geboren in een totaal andere omgeving dan het zonnestelsel, eruit ziet. Het object, genaamd 3I/ATLAS, werd minder dan een jaar geleden ontdekt terwijl het door ons zonnestelsel reisde. Hoewel wetenschappers nog steeds niet weten waar de komeet precies vandaan komt, toont een nieuwe studie onder leiding van de Universiteit van Michigan aan dat de komeet hoogstwaarschijnlijk in een ongewoon koud deel van het universum is ontstaan.

Het onderzoek werd gepubliceerd in het nieuwste nummer van "Nature Astronomy". De kernbevinding is dat het water in 3I/ATLAS rijk is aan een speciaal soort watermoleculen, 'zwaar water' genaamd, dat wordt gekenmerkt door een abnormaal hoog gehalte aan deuterium (zware waterstof). Het onderzoek ontving financiering van onder meer de Amerikaanse National Science Foundation en het Chileense Nationale Agentschap voor Wetenschappelijk Onderzoek en Ontwikkeling. Het onderzoeksteam wees erop dat wetenschappers dankzij deze speciale isotopenverhouding ongekende chemische ‘omgekeerde deducties’ kunnen uitvoeren op de vormingsomstandigheden van andere planetaire systemen in de Melkweg.

Watermoleculen bestaan ​​uit twee waterstofatomen en één zuurstofatoom en hebben de chemische formule H₂O. In gewoon water bevatten waterstofatomen slechts één proton; deuterium, een zwaardere isotoop van waterstof, heeft zowel protonen als neutronen in de kern. De onderzoekers ontdekten dat een aanzienlijk deel van de watermoleculen in 3I/ATLAS 'gedeutereerd water' was, wat zwaar water is dat deuterium bevat. Zwaar water wordt aangetroffen op aarde en in kometen in het hele zonnestelsel, maar de hoeveelheid in 3I/ATLAS is veel groter dan eerdere waarnemingen.

‘De verhouding tussen deuterium in zwaar water en gewone waterstof in deze komeet is hoger dan wat we zien in andere planetaire systemen en planetaire kometen’, zegt Luis Salazar Manzano, eerste auteur van het artikel en doctoraalstudent aan de afdeling Astronomie van de Universiteit van Michigan. Uit het onderzoek blijkt dat de deuterium/waterstofverhouding van het water in 3I/ATLAS ongeveer 30 keer groter is dan die gemeten voor welke komeet in het zonnestelsel dan ook, en ongeveer 40 keer groter dan die in de oceanen van de aarde. Deze extreme verhouding suggereert dat het ontstond in een extreem koude omgeving en veel lagere stralingsniveaus ontving dan de lokale omgeving toen het zonnestelsel nog jong was.

Het wetenschappelijke onderzoeksteam wees erop dat chemische verhoudingen zoals deuterium/waterstof in water belangrijke ‘vingerafdrukken’ zijn voor het begrijpen van de omstandigheden voor de vorming van kometen en planeten. Na vergelijking van de chemische kenmerken van 3I/ATLAS met objecten in het zonnestelsel, concludeerden de onderzoekers dat de komeet waarschijnlijk werd geboren in een interstellair gebied waar de temperaturen koeler waren en de straling zwakker. "Dit bewijst dat de omstandigheden die hebben bijgedragen aan de vorming van ons zonnestelsel geen universeel sjabloon in het universum zijn." Teresa Paneque-Carreño, een van de medeleiders van het artikel en assistent-professor astronomie aan de Universiteit van Michigan, merkte op: “Dit klinkt misschien voor de hand liggend, maar veel ogenschijnlijk ‘voor de hand liggende’ oordelen in de wetenschap moeten één voor één worden bevestigd met gegevens.”

Om zo’n gedetailleerde chemische analyse van een interstellaire bezoeker uit te voeren, is geluk ook cruciaal. Ten eerste moet 3I/ATLAS vroeg genoeg in het zonnestelsel worden ontdekt, zodat astronomen de observatietijd van grote telescopen op tijd kunnen benutten. Na voltooiing van de eerste bevestiging hebben Salazar Manzano en zijn team met succes een aanvraag ingediend voor observatietijd bij het MDM Observatorium in Arizona, VS, waar ze enkele van de eerste tekenen van het door de komeet vrijgekomen gas hebben vastgelegd.

Vervolgens werkte hij samen met Panek-Carreño, die gespecialiseerd is in onderzoek naar de moleculaire samenstelling met behulp van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) telescoop in Chili. ALMA is gevoelig genoeg om de zwakke signaalverschillen tussen gewoon water en gedeutereerd zwaar water te onderscheiden, waardoor het team de verhouding tussen beide direct kan berekenen. Wetenschappers benadrukken dat dit de eerste keer is dat een dergelijke fijne waterisotoopanalyse met succes is uitgevoerd op een interstellair object.

“Aan de Universiteit van Michigan zijn en toegang hebben tot deze faciliteiten is de sleutel om dit werk mogelijk te maken,” zei Salazar Manzano. Hij zei dat teamleden rijke ervaring en complementaire sterke punten hebben op meerdere gebieden, waardoor ze efficiënt verschillende observatiegegevens kunnen integreren en fysieke verklaringen kunnen geven die tests kunnen doorstaan.

Tot nu toe heeft de astronomische gemeenschap slechts drie interstellaire bezoekers in het zonnestelsel bevestigd, waaronder 3I/ATLAS. Onderzoekers zijn van mening dat dit onderzoek aantoont dat, zolang de observatieomstandigheden het toelaten, chemisch ‘fysisch onderzoek’ van interstellaire objecten in de toekomst volledig haalbaar is, wat een nieuw venster zal openen voor het begrijpen van het vormingsproces van verschillende planetaire systemen in de Melkweg. Nu er een nieuwe generatie hemelonderzoeksfaciliteiten online komt, wordt verwacht dat de ontdekking van dergelijke interstellaire bezoekers aanzienlijk zal toenemen.

Panek-Carreño benadrukte ook dat het belang van het beschermen van de donkere nachtelijke hemel en het verminderen van lichtvervuiling met de dag toeneemt. Alleen met een voldoende heldere en donkere hemelachtergrond kunnen astronomen deze zwakke signalen uit de diepe ruimte blijven opvangen.