Поиск «места рождения» межзвездной кометы 3I/ATLAS в данных Gaia

Комета 3I/ATLAS — третий обнаруженный межзвездный объект, открытый 1 июля 2025 года станцией ATLAS (Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System). Она движется по внутренней части Солнечной системы со скоростью около 220 000 километров в час и приблизится к Солнцу на минимальное расстояние в конце октября. Ее наблюдения проводятся множеством телескопов, включая Джеймс Уэбб, а в будущем возможность наблюдать ее получат межпланетные миссии, такие как JUICE и Mars Express. Даже аппарат NASA Juno, находящийся в системе Юпитера, может зафиксировать ее прохождение в рамках своей основной миссии. Однако ни одно из этих наблюдений не сможет ответить на главный вопрос: откуда взялась эта комета? Именно здесь на помощь приходит другая миссия — уже завершенная, но чрезвычайно важная для астрономии: Gaia.

В новом исследовании, опубликованном в The Astrophysical Journal Letters, группа ученых из Испании и Швеции, возглавляемая Хавьером Пересом Коуто из Университета Коруньи, использовала данные астрометрической миссии Gaia, чтобы попытаться восстановить историю путешествия 3I/ATLAS через Галактику. Исследование под названием «3I/ATLAS: В поисках свидетелей его путешествия» доступно в предварительной версии на arXiv.

Авторы подчеркивают, что 3I/ATLAS — третий подтвержденный межзвездный объект после 1I/Oumuamua и 2I/Borisov. Его необычайно высокая скорость относительно Солнца и активная кометная природа, проявляющаяся в выделении летучих веществ при сближении с звездой, делают его уникальным лабораторным образцом материалов, сформированных в других звездных системах. То, что мы можем изучать состав его комы и хвоста, — это как если бы природа доставила нам прямой образец вещества из другой части Млечного Пути. Но, как и у всех комет, его внешний вид ничего не говорит о том, каким путем он прибыл сюда.

Для понимания происхождения межзвездных объектов ключевую роль играет их кинематика — то есть движение в пространстве. Траектория объекта является самым прямым доказательством его внеcолнечного происхождения. Предыдущие анализы показали, что комета 3I/ATLAS, вероятно, возникла в толстом диске Млечного Пути — регионе, населенном древними звездами, где планетарные системы формировались миллиарды лет назад. Ее высокая скорость и большой угол входа в Солнечную систему согласуются с этой гипотезой. Если это действительно так, то комета может быть старше самого Солнца. Однако ее текущая траектория могла быть изменена в результате гравитационных взаимодействий с другими звездами на протяжении миллионов лет. Именно поэтому исследователи решили проследить ее путь назад во времени — на 10 миллионов лет в прошлое — используя высококачественные данные Gaia DR3, включающие точные положения, собственные движения и лучевые скорости звезд.

Анализ показал, что 3I/ATLAS пересекалась с 93 звездами на расстоянии менее двух парсек (около 6,5 световых лет), причем 62 из этих встреч были признаны высокодостоверными. Все они происходили с звездами главной последовательности — типичными, стабильными звездами, подобными Солнцу, но не более массивными. Отсутствие следов взаимодействий с эволюционировавшими звездами, такими как белые карлики или нейтронные звезды, вызывает вопросы. Эти объекты, хотя и редкие, обладают гораздо большей массой в компактной форме и способны значительно искажать траектории проходящих мимо тел. Их полное отсутствие в списке возможных возмутителей может указывать на систематическую ошибку в данных Gaia или на недостаточную чувствительность к таким объектам, поскольку они слабо излучают и трудно обнаруживаются. Тем не менее, даже с учетом этого ограничения, результаты остаются крайне информативными.

Наиболее значимое сближение произошло примерно 72 тысячи лет назад со звездой HD 187760, расположенной на расстоянии 84 световых года от нас. Эта звезда имеет массу около 70 процентов от массы Солнца и, судя по всему, прошла достаточно близко к траектории кометы, чтобы оказать на нее гравитационное воздействие. Однако анализ показал, что это влияние было крайне слабым — настолько незначительным, что не смогло существенно изменить скорость или направление 3I/ATLAS. Это позволяет сделать важный вывод: за последние 4,27 миллиона лет, то есть с момента первого обнаруженного в ходе исследования сближения, комета не испытывала серьезных гравитационных возмущений со стороны известных звезд, содержащихся в каталоге Gaia DR3. Таким образом, ее современная траектория, скорее всего, была сформирована задолго до этого периода — возможно, еще в момент ее выброса из родной звездной системы.

Это открывает интересную парадоксальную картину: хотя 3I/ATLAS сейчас движется вблизи плоскости тонкого диска Галактики — области, где сосредоточены молодые звезды и планеты, подобные нашей — сам объект, вероятно, очень древний. Он мог быть выброшен из первичного планетезимального диска одной из самых ранних звездных систем, формировавшихся в переходной зоне между тонким и толстым диском Млечного Пути. Альтернативно, она могла быть частью экзооблака Оорта — гипотетического сферического облака ледяных тел, окружающего другие звездные системы, аналогично тому, как облако Оорта окружает Солнце. Возможно, она былы выброшена при мощном гравитационном возмущении, вызванном прохождением крупной звезды или даже черной дыры, но таких объектов пока нет в базе данных Gaia, либо их параметры слишком плохо известны, чтобы точно восстановить их прошлое взаимодействие.

Работа выходит далеко за рамки одного лишь объекта. Она служит методологическим шаблоном для будущих исследований. С приходом обсерватории Веры Рубин, которая начнет систематический обзор неба в рамках проекта LSST (Legacy Survey of Space and Time), ожидается обнаружение одного-двух межзвездных объектов ежегодно (а может и до пяти) — от 15 до 50 за весь срок миссии. Каждый новый объект станет новым кусочком головоломки, позволяющим понять, как распространено вещество между звездными системами, как часто происходит его выброс, и какие процессы формируют эти объекты. В совокупности они позволят построить карту галактической популяции планетезималей — ледяных остатков формирования планет, которые теперь свободно блуждают по Млечному Пути.

Сегодняшняя картина, складывающаяся из наблюдений за 1I/Oumuamua, 2I/Borisov и 3I/ATLAS, указывает на то, что межзвездные объекты — это не однородная группа. Они различаются по размеру, составу, активности и кинематике. Некоторые «безмолвны», как Oumuamua, другие — яркие кометы, как Borisov и ATLAS. Это разнообразие говорит о том, что процессы формирования и эволюции планетных систем в разных частях Галактики могут сильно отличаться. Изучая эти объекты, мы получаем редкую возможность напрямую исследовать физические и химические условия в других мирах — без необходимости отправлять зонды на десятки световых лет.

Но главный вопрос остается открытым: откуда именно взялась 3I/ATLAS? На данный момент все данные указывают на то, что она не была возмущена в течение последних нескольких миллионов лет, а значит, ее история может уходить в глубины галактического прошлого — в эпохи, когда Солнце еще не существовало. Ее путь, возможно, начался в той части Млечного Пути, где рождались первые планеты, где звезды были меньше, холоднее, а планетезимали — богаче льдом. Мы пока не знаем, какая звезда когда-то ее вытолкнула, и не можем сказать, как долго она путешествовала, прежде чем встретилась с Солнцем. Но каждое новое наблюдение, каждый новый анализ, каждый новый объект — это шаг к тому, чтобы наконец понять, что представляет собой наша Галактика.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях