Toen komeet 45P begin 2017 langs de aarde vloog, onderzoekers observeren vanuit NASA's Infrared Telescope Facility, of IRTF, in Hawai'i gaf de oude trekker een grondige astronomische check-up. De resultaten helpen bij het invullen van cruciale details over ijs in kometen van de Jupiter-familie en onthullen dat de eigenzinnige 45P niet helemaal overeenkomt met een tot nu toe bestudeerde komeet.

Zoals een dokter vitale functies registreert, het team heeft de niveaus van negen gassen gemeten die vrijkomen uit de ijzige kern in de dunne atmosfeer van de komeet, of coma. Verschillende van deze gassen leveren bouwstenen voor aminozuren, suikers en andere biologisch relevante moleculen. Van bijzonder belang waren koolmonoxide en methaan, die zo moeilijk te detecteren zijn in kometen van de Jupiter-familie dat ze maar een paar keer eerder zijn bestudeerd.

De gassen zijn allemaal afkomstig uit de mengelmoes van ijs, gesteente en stof waaruit de kern bestaat. Men denkt dat deze inheemse ijsjes aanwijzingen bevatten over de geschiedenis van de komeet en hoe deze veroudert.

"Kometen bewaren een record van omstandigheden uit het vroege zonnestelsel, maar astronomen denken dat sommige kometen die geschiedenis vollediger kunnen bewaren dan andere, " zei Michael DiSanti, een astronoom bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, en hoofdauteur van de nieuwe studie in de Astronomisch tijdschrift .

De komeet - officieel 45P/Honda-Mrkos-Pajdušáková genoemd - behoort tot de Jupiter-familie van kometen, frequente orbiters die ongeveer elke vijf tot zeven jaar rond de zon draaien. Er is veel minder bekend over inheemse ijssoorten in deze groep dan over de langeafstandskometen uit de Oortwolk.

Om inheemse ijssoorten te identificeren, astronomen zoeken naar chemische vingerafdrukken in het infrarode deel van het spectrum, voorbij zichtbaar licht. DiSanti en collega's voerden hun onderzoek uit met behulp van de iSHELL-spectrograaf met hoge resolutie die onlangs is geïnstalleerd bij IRTF op de top van Maunakea. Met iSHELL, onderzoekers kunnen veel kometen waarnemen die vroeger als te zwak werden beschouwd.

Het spectrale bereik van het instrument maakt het mogelijk om veel verdampt ijs tegelijk te detecteren, wat de onzekerheid vermindert bij het vergelijken van de hoeveelheden verschillende soorten ijs. Het instrument bestrijkt golflengten vanaf 1,1 micrometer in het nabij-infrarood (het bereik van nachtkijkers) tot 5,3 micrometer in het midden-infrarode gebied.

iSHELL heeft ook een voldoende hoog oplossend vermogen om infraroodvingerafdrukken te scheiden die qua golflengte dicht bij elkaar vallen. Dit is vooral nodig in het geval van koolmonoxide en methaan, omdat hun vingerafdrukken in kometen de neiging hebben om dezelfde moleculen in de atmosfeer van de aarde te overlappen.

"De combinatie van de hoge resolutie van iSHELL en de mogelijkheid om overdag te observeren op IRTF is ideaal voor het bestuderen van kometen, vooral kortperiodieke kometen, " zei John Rayner, directeur van de IRTF, die voor NASA wordt beheerd door de Universiteit van Hawai'i.

Tijdens twee dagen observatie begin januari 2017 - kort na 45P's dichtste nadering van de zon - deed het team robuuste metingen van water, koolmonoxide, methaan en zes andere inheemse ijssoorten. Voor vijf ijsjes, waaronder koolmonoxide en methaan, de onderzoekers vergeleken niveaus aan de zonovergoten kant van de komeet met de schaduwkant. De bevindingen hielpen een aantal hiaten op te vullen, maar riepen ook nieuwe vragen op.

De resultaten laten zien dat 45P zo weinig bevroren koolmonoxide gebruikt, dat het officieel als uitgeput wordt beschouwd. op zichzelf, dit zou niet zo verwonderlijk zijn, omdat koolmonoxide gemakkelijk de ruimte in ontsnapt als de zon een komeet opwarmt. Maar methaan kan bijna net zo goed ontsnappen, dus een object zonder koolmonoxide zou weinig methaan moeten hebben. 45P, echter, is rijk aan methaan en is een van de zeldzame kometen die meer methaan bevat dan koolmonoxide-ijs.

Het is mogelijk dat het methaan vastzit in ander ijs, waardoor de kans groter is dat hij blijft hangen. Maar de onderzoekers denken dat het koolmonoxide mogelijk heeft gereageerd met waterstof om methanol te vormen. Het team ontdekte dat 45P een groter dan gemiddeld aandeel bevroren methanol heeft.

Wanneer deze reactie plaatsvond, is een andere vraag - een die de kern van de komeetwetenschap raakt. Als de methanol werd geproduceerd op korrels van oerijs voordat 45P werd gevormd, dan is de komeet altijd zo geweest. Anderzijds, de niveaus van koolmonoxide en methanol in de coma kunnen in de loop van de tijd zijn veranderd, vooral omdat kometen van de Jupiter-familie meer tijd in de buurt van de zon doorbrengen dan kometen van Oortwolk.

"Komeetwetenschappers zijn als archeologen, oude voorbeelden bestuderen om het verleden te begrijpen, " zei Boncho Bonev, een astronoom aan de American University en de tweede auteur van het papier. "We willen kometen onderscheiden zoals ze zijn gevormd door de verwerking die ze mogelijk hebben meegemaakt, zoals het scheiden van historische overblijfselen van latere besmetting."

Het team is nu bezig om erachter te komen hoe typerend hun resultaten kunnen zijn bij vergelijkbare kometen. 45P was de eerste van vijf van dergelijke kortperiodieke kometen die beschikbaar zijn voor studie in 2017 en 2018. Op de hielen van 45P kwamen de kometen 2P/Encke en 41P/Tuttle-Giacobini-Kresak. De volgende zomer en herfst zijn gepland voor 21P/Giacobini-Zinner, en later komt 46P/Wirtanen, die naar verwachting het grootste deel van december 2018 binnen een straal van 16 miljoen kilometer van de aarde zal blijven.

"Dit onderzoek is baanbrekend, " zei Faith Vilas, de directeur van het zonne- en planetaire onderzoeksprogramma van de National Science Foundation, of NSF, die de studie hielpen ondersteunen. "Dit verbreedt onze kennis van de mix van moleculaire soorten die naast elkaar bestaan ​​in de kernen van kometen uit de Jovische familie, en de verschillen die er zijn na vele reizen rond de zon."

"We zijn verheugd om deze eerste publicatie van iSHELL te zien, die tot stand is gekomen door een samenwerking tussen NSF, de Universiteit van Hawaï, en NASA, " zei Kelly Snel, IRTF-programmawetenschapper op het NASA-hoofdkwartier. "Dit is slechts de eerste van de vele iSHELL-resultaten die nog zullen volgen."