Een nieuwe studie door een Belgisch team met behulp van gegevens van de Very Large Telescope van de European Southern Observatory (ESO's VLT) heeft aangetoond dat ijzer en nikkel voorkomen in de atmosferen van kometen in ons hele zonnestelsel, zelfs die ver van de zon. Een afzonderlijke studie door een Pools team, die ook ESO-gegevens gebruikten, meldde dat nikkeldamp ook aanwezig is in de ijzige interstellaire komeet 2I/Borisov. Dit is de eerste keer dat zware metalen meestal geassocieerd met warme omgevingen, zijn gevonden in de koude atmosferen van verre kometen.

"Het was een grote verrassing om ijzer- en nikkelatomen te detecteren in de atmosfeer van alle kometen die we in de afgelopen twee decennia hebben waargenomen, ongeveer 20 van hen, en zelfs in die ver van de zon in de koude ruimteomgeving, " zegt Jean Manfroid van de Universiteit van Luik, België, die de nieuwe studie over kometen in het zonnestelsel leidden die vandaag in zijn gepubliceerd Natuur .

Astronomen weten dat er zware metalen voorkomen in het stoffige en rotsachtige interieur van kometen. Maar, omdat vaste metalen gewoonlijk niet "sublimeren" (gasvormig worden) bij lage temperaturen, ze hadden niet verwacht ze te vinden in de atmosfeer van koude kometen die ver van de zon af reizen. Nikkel- en ijzerdampen zijn nu zelfs gedetecteerd in kometen die op meer dan 480 miljoen kilometer van de zon zijn waargenomen, meer dan drie keer de afstand aarde-zon.

Het Belgische team vond ijzer en nikkel in de atmosfeer van kometen in ongeveer gelijke hoeveelheden. Materiaal in ons zonnestelsel, bijvoorbeeld die gevonden in de zon en in meteorieten, bevat meestal ongeveer tien keer meer ijzer dan nikkel. Dit nieuwe resultaat heeft daarom implicaties voor het begrip van astronomen van het vroege zonnestelsel, hoewel het team nog steeds aan het decoderen is wat deze zijn.

"Kometen werden ongeveer 4,6 miljard jaar geleden gevormd, in het zeer jonge zonnestelsel, en sindsdien niet meer veranderd. Op die manier, ze zijn als fossielen voor astronomen, " zegt co-auteur Emmanuel Jehin, ook van de Universiteit van Luik.

Terwijl het Belgische team deze "fossiele" objecten al bijna 20 jaar bestudeert met ESO's VLT, ze hadden tot nu toe de aanwezigheid van nikkel en ijzer in hun atmosfeer niet opgemerkt. "Deze ontdekking bleef vele jaren onder de radar, ' zegt Jehin.

Het team gebruikte gegevens van het Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph (UVES)-instrument op ESO's VLT, die een techniek gebruikt die spectroscopie wordt genoemd, om de atmosferen van kometen op verschillende afstanden van de zon te analyseren. Met deze techniek kunnen astronomen de chemische samenstelling van kosmische objecten onthullen:elk chemisch element laat een unieke handtekening - een reeks lijnen - achter in het spectrum van het licht van de objecten.

Het Belgische team had zwakke, ongeïdentificeerde spectraallijnen in hun UVES-gegevens en bij nadere inspectie merkten ze dat ze de aanwezigheid van neutrale atomen van ijzer en nikkel signaleerden. Een reden waarom de zware elementen moeilijk te identificeren waren, is dat ze in zeer kleine hoeveelheden voorkomen:het team schat dat er voor elke 100 kg water in de atmosfeer van de kometen slechts 1 g ijzer is, en ongeveer dezelfde hoeveelheid nikkel.

"Gewoonlijk is er 10 keer meer ijzer dan nikkel, en in die komeetatmosferen vonden we ongeveer dezelfde hoeveelheid voor beide elementen. We kwamen tot de conclusie dat ze afkomstig zouden kunnen zijn van een speciaal soort materiaal op het oppervlak van de komeetkern, sublimeren bij een vrij lage temperatuur en ijzer en nikkel vrijgeven in ongeveer dezelfde verhoudingen, " legt Damien Hutsemékers uit, ook lid van het Belgische team van de Universiteit van Luik.

Hoewel het team nog niet zeker weet welk materiaal dit kan zijn, Dankzij vooruitgang in de astronomie, zoals de Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph (METIS) van ESO's aanstaande Extreem Grote Telescoop (ELT), kunnen onderzoekers de bron van de ijzer- en nikkelatomen in de atmosfeer van deze kometen bevestigen.

Het Belgische team hoopt dat hun studie de weg vrijmaakt voor toekomstig onderzoek. "Nu zullen mensen naar die lijnen zoeken in hun archiefgegevens van andere telescopen, " zegt Jehin. "We denken dat dit ook zal leiden tot nieuw werk over het onderwerp."

Interstellaire zware metalen

Een andere opmerkelijke studie die vandaag is gepubliceerd in Natuur toont aan dat zware metalen ook aanwezig zijn in de atmosfeer van de interstellaire komeet 2I/Borisov. Een team in Polen observeerde dit object, de eerste buitenaardse komeet die ons zonnestelsel bezoekt, met behulp van de X-shooter-spectrograaf op ESO's VLT toen de komeet ongeveer anderhalf jaar geleden voorbij vloog. Ze ontdekten dat de koude atmosfeer van 2I/Borisov gasvormig nikkel bevat.

"In het begin hadden we moeite om te geloven dat atomair nikkel echt zo ver van de zon in 2I/Borisov aanwezig zou kunnen zijn. Er waren talloze tests en controles nodig voordat we onszelf eindelijk konden overtuigen, ", zegt studieauteur Piotr Guzik van de Jagiellonian University in Polen. De bevinding is verrassend omdat, vóór de twee studies die vandaag werden gepubliceerd, gassen met zware metaalatomen waren alleen waargenomen in warme omgevingen, zoals in de atmosferen van ultra-hete exoplaneten of verdampende kometen die te dicht langs de zon kwamen. 2I/Borisov werd waargenomen toen hij zo'n 300 miljoen kilometer van de zon verwijderd was, of ongeveer twee keer de afstand aarde-zon.

Het in detail bestuderen van interstellaire lichamen is van fundamenteel belang voor de wetenschap omdat ze onschatbare informatie bevatten over de buitenaardse planetenstelsels waaruit ze afkomstig zijn. "Plots begrepen we dat gasvormig nikkel aanwezig is in kometenatmosferen in andere hoeken van de Melkweg, " zegt co-auteur Micha? Drahus, ook van de Jagiellonische Universiteit.

De Poolse en Belgische studies tonen aan dat kometen 2I/Borisov en zonnestelsel zelfs meer gemeen hebben dan eerder werd gedacht. "Stel je nu voor dat de kometen van ons zonnestelsel hun echte analogen hebben in andere planetaire systemen - hoe cool is dat?, ’ concludeert Drahus.