Komeet 46P/Wirtanen gaf een ongebruikelijke hoeveelheid alcohol vrij toen het tweeënhalf jaar geleden zijn historische vlucht over de aarde maakte. Dat is een van de bevindingen van de laatste gepubliceerde studie die komeetdetectives hebben uitgevoerd na het observeren van 46P/Wirtanen met W.M. Keck Observatory op Maunakea in Hawai'i.

"46P/Wirtanen heeft een van de hoogste alcohol-tot-aldehyde-verhoudingen gemeten in een komeet tot nu toe, " zei Neil Dello Russo, een komeetwetenschapper aan het Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory en co-auteur van de studie. "Dit vertelt ons informatie over hoe koolstof, zuurstof, en waterstofmoleculen werden verspreid in het vroege zonnestelsel waar Wirtanen werd gevormd."

Keck Observatory-gegevens onthulden ook een vreemd kenmerk. Normaal gesproken, als kometen dichter bij de zon draaien, de bevroren deeltjes in hun kern warmen op, kook dan af, of sublimeren, direct van vast ijs naar gas gaan, de vloeibare fase overslaan. Dit proces, uitgassen genoemd, is wat de coma veroorzaakt - een gigantische mantel van gas en stof die rond de kern van de komeet gloeit. Naarmate de komeet nog dichter bij de zon komt, zonnestraling duwt een deel van de coma weg van de komeet, het maken van de staarten.

Met komeet 46P/Wirtanen echter, het team deed een vreemde ontdekking:een ander proces dat verder gaat dan zonnestraling, is het op mysterieuze wijze opwarmen van de komeet.

"Interessant, we ontdekten dat de temperatuur gemeten voor watergas in de coma niet significant afnam met de afstand tot de kern, wat een verwarmingsmechanisme impliceert, " zei co-auteur Erika Gibb, professor en voorzitter van de afdeling Natuur- en Sterrenkunde aan de Universiteit van Missouri-St. Lodewijk.

Gibb zegt dat er een paar mogelijke verklaringen zijn. Een daarvan is een chemische reactie waarbij zonlicht sommige atomen of moleculen in het dichte coma dicht bij de kern kan ioniseren, hogesnelheidselektronen vrijgeven. Wanneer deze supergeladen elektronen botsen met een ander molecuul, ze kunnen een deel van hun kinetische energie overbrengen en het watergas in coma verwarmen.

"Een andere mogelijkheid is dat er stevige brokken ijs van 46P/Wirtanen kunnen vliegen, "zei Gibb. "We hebben dit gezien bij sommige kometen die door ruimtevaartuigen zijn bezocht, met name Hartley 2 tijdens de EPOXI-missie van NASA. Die ijsbrokken tuimelen weg van de kern en sublimeren, het vrijgeven van energie verder weg in de coma."

Dit scenario zou consistent zijn met waarnemingen van andere hyperactieve kometen zoals 46P/Wirtanen - een klasse van kometen die meer water afgeven dan verwacht als ze al hun gassen rechtstreeks uit hun ijzige kernen laten ontsnappen als ze de zon naderen. Het water spuwt in de vorm van gas, maar kan later condenseren tot vloeistof als het op het oppervlak van een planeet zou komen. Dit is de reden waarom wetenschappers kometen vermoeden, evenals asteroïden, heeft mogelijk het water geleverd waaruit de oceanen van de aarde bestaan.

Keck Observatory-gegevens toonden aan dat komeet Wirtanen relatief meer watermoleculen verder weg in de coma vertoonde na sublimatie in vergelijking met andere moleculen, namelijk ethaan, waterstofcyanide, en acetyleen. Dit suggereert dat er extra water vrijkomt uit ijzige korrels in de binnenste coma, wat een significant resultaat is van een telescoop op de grond. Dergelijke waarnemingen zijn gedaan met ruimtevaartuigen die andere kometen hebben bezocht, maar kunnen moeilijk vanaf de grond te bestuderen zijn vanwege interferentie van water in de atmosfeer van de aarde. Dit behandelen, op de grond gebaseerde studies hebben een techniek gebruikt om waterovergangen te richten die niet worden geblokkeerd door de atmosfeer; dit maakt het mogelijk om gedetailleerde infraroodwaarnemingen van Keck Observatory te verkrijgen die laten zien hoe het meest voorkomende vluchtige element wordt verdeeld in de coma van een komeet.

Op het nippertje

NASA heeft de onderzoekers in december 2018 telescooptijd toegekend om 46P/Wirtanen te observeren met behulp van Keck Observatory's Near-Infrared Spectrograph (NIRSPEC), die net op tijd werd geüpgraded om de komeet te vangen toen deze de aarde het dichtst naderde.

"Ons onderzoek zou niet mogelijk zijn zonder de inspanningen van het hele team dat de NIRSPEC-upgrade voltooide, " zei hoofdauteur Boncho Bonev, universitair hoofddocent natuurkunde aan de American University. "Ik ben zo dankbaar voor hun enorme en succesvolle inspanning om de grote upgrade van NIRSPEC onder enorme tijdsdruk te voltooien."

NIRSPEC-gegevens tonen aan dat de chemische samenstelling van komeet Wirtanen bestaat uit:

• acetyleen
• ammoniak
• ethaan
• formaldehyde
• waterstofcyanide
• methanol
• water

"Binnen slechts 10 tot 20 minuten observeren met NIRSPEC, we hebben metingen verkregen van de abundanties en ruimtelijke distributies van de chemische bouwstenen van de komeet, " zei co-auteur Mohi Saki, een afgestudeerde onderzoeksassistent aan de Universiteit van Missouri-St. Louis Departement Natuur- en Sterrenkunde. "Het detecteren van minder belangrijke soorten zoals ammoniak en acetyleen kan uren duren met andere instrumenten, zelfs voor kometen zo helder als 46P/Wirtanen. We kunnen het gevoeligheidsniveau van NIRSPEC voor minder belangrijke soorten met geen enkel ander nabij-infraroodinstrument op zo'n korte tijdschaal repliceren."

De volledige resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in Het planetaire wetenschappelijke tijdschrift .