مشاهدات تلسکوپ فضایی جیمز وب نشان می‌دهد: دنباله‌دار 3I/ATLAS بر اثر میلیاردها سال تابش فضایی دگرگون شده است
پژوهش جدیدی که با استفاده از مشاهدات تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) انجام شده، نشان می‌دهد که دنباله‌دار 3I/ATLAS در اثر میلیاردها سال بمباران توسط پرتوهای کیهانی، به‌شدت تحت تابش قرار گرفته است.
این پژوهش جدید نشان می‌دهد که دنباله‌دار طی سفر میان‌ستاره‌ای خود در کهکشان راه شیری آن‌قدر پرتوهای کیهانی کهکشانی را جذب کرده که پوسته‌ای عمیق و پرتودیده روی آن شکل گرفته است؛ پوسته‌ای که دیگر شباهتی به مواد منظومه ستاره‌ای خاستگاهش ندارد.
بر اساس این مطالعه که روز جمعه (۳۱ اکتبر) در سرور پیش‌انتشار arXiv منتشر شده، پژوهشگران با استفاده از مشاهدات JWST و شبیه‌سازی‌های کامپیوتری دریافته‌اند که مقادیر «بسیار بالای» غنی‌شدگی دی‌اکسید کربن (CO2) که پیش‌تر در این دنباله‌دار ثبت شده بود، ناشی از تابش‌های فضایی است که طی عمر تخمینی ۷ میلیارد ساله‌اش جذب کرده است. این یافته‌ها هنوز مورد داوری همتا قرار نگرفته‌اند.
پرتوهای کیهانی کهکشانی — نوعی تابش فضایی متشکل از ذرات پرانرژی که از خارج از منظومه شمسی می‌آیند — با برخورد به مونوکسید کربن (CO) در فضا، آن را به دی‌اکسید کربن (CO2) تبدیل می‌کنند. در منظومه شمسی ما، هلیوسفر — حباب عظیم تابشی که خورشید ساطع می‌کند — زمین و همسایگانش را از بخش عمده‌ای از این تابش‌های کیهانی محافظت می‌کند. اما در فضای میان‌ستاره‌ای، جایی که 3I/ATLAS بیشتر عمر خود را گذرانده، چنین حفاظی وجود ندارد.
نویسندگان این مطالعه جدید نتیجه‌گیری کرده‌اند که طی میلیاردها سال، پرتوهای کیهانی وضعیت فیزیکی یخ دنباله‌دار 3I/ATLAS را تا عمق حدود ۱۵ تا ۲۰ متر (۵۰ تا ۶۵ فوت) به طور قابل‌توجهی تغییر داده‌اند.
رومن ماجیولو، دانشمند پژوهشی در مؤسسه سلطنتی هوافضای بلژیک و نویسنده اصلی این مطالعه، به لایوساینس گفت: «این فرآیند بسیار کند است، اما در طول میلیاردها سال، تأثیر بسیار قدرتمندی دارد.»
این یافته‌ها که پژوهشگران آن را «تغییر پارادایم» در مطالعه اجرام میان‌ستاره‌ای توصیف کرده‌اند، نشان می‌دهد که اجرام مانند دنباله‌دار 3I/ATLAS عمدتاً از موادی تشکیل شده‌اند که توسط پرتوهای کیهانی کهکشانی پردازش شده‌اند، نه از مواد دست‌نخورده‌ای که نمایانگر محیط شکل‌گیری آن‌ها باشد.
به عبارت دیگر، دنباله‌دار 3I/ATLAS اکنون بیشتر محصول سفر میان‌ستاره‌ای خود است تا خاستگاهش — حداقل در ظاهر.
ردیابی بازدیدکننده میان‌ستاره‌ای
دنباله‌دار 3I/ATLAS در حال حاضر به دور خورشید در حال چرخش است. این دنباله‌دار روز پنجشنبه (۲۹ اکتبر) به حضیض (نزدیک‌ترین نقطه به ستاره ما) رسید. دنباله‌دارها با نزدیک شدن به ستاره‌ها گرم می‌شوند و این گرما باعث می‌شود یخ‌های سطح آن‌ها تصعید شده و به گاز تبدیل شوند. یافته‌های جدید حاکی از آن است که پیش از حضیض، هر گازی که از دنباله‌دار خارج می‌شد، صرفاً از پوسته خارجی پرتودیده آن بوده است. این روند احتمالاً پس از حضیض نیز ادامه خواهد داشت، اما ماجیولو اشاره کرد که هرچند بعید است، اما فرسایش خورشیدی ممکن است آن‌قدر قوی باشد که مواد دست‌نخورده منظومه ستاره‌ای خاستگاه دنباله‌دار را که در هسته آن محبوس شده‌اند، آشکار کند.
ماجیولو گفت: «مقایسه مشاهدات پیش از حضیض، یعنی اولین مشاهداتی که هنگام ورود آن به منظومه شمسی داشتیم، با مشاهداتی که پس از حضیض و با وقوع مقداری فرسایش انجام می‌شود، بسیار جالب خواهد بود. شاید با بررسی این تفاوت‌ها، بتوانیم به سرنخ‌هایی درباره ترکیب اولیه آن دست یابیم.»
از زمان کشف 3I/ATLAS در ماه ژوئیه، پژوهشگران با استفاده از تلسکوپ‌های مختلف در تلاش بوده‌اند تا هر آنچه می‌توانند درباره آن بیاموزند. یافته‌های آن‌ها تاکنون نشان می‌دهد که این دنباله‌دار با سرعتی بیش از ۲۱۰,۰۰۰ کیلومتر بر ساعت (۱۳۰,۰۰۰ مایل بر ساعت) در مسیری به طرز غیرمعمولی صاف و مستقیم در حال عبور از منظومه شمسی ماست. 3I/ATLAS همچنین ممکن است قدیمی‌ترین دنباله‌داری باشد که تاکنون مشاهده شده است، به طوری که یک مطالعه نشان می‌دهد عمر آن حدود ۳ میلیارد سال بیشتر از منظومه شمسی ۴.۶ میلیارد ساله ماست.
پژوهش جدید بر پایه مطالعات قبلی استوار است که بر اساس اولین تصاویر JWST از این بازدیدکننده میان‌ستاره‌ای در ماه اوت و مشاهدات مدارگرد SPHEREx ناسا که آن هم در اوت انجام شد، نشان داده بودند که دنباله‌دار 3I/ATLAS سرشار از CO2 است.
ماجیولو و همکارانش در حال مطالعه تأثیر تابش بر یک دنباله‌دار داخلی (دنباله‌دار 67P) بودند که بین مدارهای مشتری و زمین در حرکت است و مدل‌های خود را از یک مطالعه منتشر شده در سال ۲۰۲۰ در The Astrophysical Journal Letters برای دنباله‌دار 3I/ATLAS تطبیق دادند.
—تصاویر جدید از جرم میان‌ستاره‌ای 3I/ATLAS «جت» غول‌پیکری را نشان می‌دهد که به سمت خورشید شلیک می‌شود
—دو فضاپیما از میان دم دنباله‌دار 3I/ATLAS عبور خواهند کرد
—دنباله‌دار 3I/ATLAS با تمام قوا آب از دست می‌دهد و «دانسته‌های ما را درباره منظومه‌های ستاره‌ای بیگانه بازنویسی می‌کند»
این تیم، اثرات تجمعی قرار گرفتن در معرض پرتوهای کیهانی کهکشانی را بر ساختار یخ و ترکیب شیمیایی پس از ۱ میلیارد سال تابش مدل‌سازی کردند. این روش متکی بر آزمایش‌های آزمایشگاهی است که اثرات پرتوهای کیهانی کهکشانی را شبیه‌سازی کرده‌اند و بنابراین ممکن است کاملاً نماینده شرایط میان‌ستاره‌ای نباشد. با این حال، طبق این مطالعه، این آزمایش‌ها شاخصی قوی از آنچه دنباله‌دارها در سفرهای چند میلیارد ساله و تنهای خود در فضای میان‌ستاره‌ای تجربه می‌کنند، ارائه می‌دهند.
شبیه‌سازی‌ها نشان دادند که ۱ میلیارد سال تابش برای تشکیل پوسته عمیق پرتودیده دنباله‌دار 3I/ATLAS کافی بوده است. ماجیولو اشاره کرد که دنباله‌دار 3I/ATLAS هنوز سرشار از اطلاعات جالب است، اما پیر شده و تغییر کرده است، و پژوهشگران باید این موضوع را در تحلیل‌های خود در نظر بگیرند.
ماجیولو گفت: «ما باید مراقب باشیم و فرآیندهای پیری را در نظر بگیریم. این کار برای دانشمندان بیشتر می‌شود، اما [3I/ATLAS] همچنان بسیار جالب است.»