Комета C/2022 E3 (ZTF) з'явилася в полі зору астрономів у 2022 році і за кілька місяців стала однією з найдетальніше вивчених довгоперіодичних комет останніх років. Її орбітальний період вимірюється тисячами років, а це означає, що речовина, з якої вона складається, практично не зазнала змін відтоді, як залишилася від хмари, що дала початок Сонячній системі.
У березні 2023 року дослідницька група під керівництвом К. Д. Фостера з NASA Goddard Space Flight Center отримала рідкісну можливість: спостереження космічного телескопа James Webb і наземної радіообсерваторії ALMA у Чилі провели майже одночасно. Результати цієї роботи опубліковані в журналі The Astronomical Journal.
Вода і метанол як індикатори походження
Об'єктами дослідження стали дві молекули — вода (H₂O) і метанол (CH₃OH). Обидві трапляються не лише в комах комет, а й у протопланетних дисках — газопилових утвореннях навколо молодих зірок, де народжуються планетні системи.
Це робить комети своєрідними хімічними архівами. Порівнюючи склад коми ZTF із тим, що спостерігають у дисках навколо інших зірок, астрономи намагаються з'ясувати, наскільки універсальний хімічний "рецепт" лежить в основі формування планетних систем.
Для аналізу команда використала ALMA у діапазоні Band 6 в рамках спостережної програми 2022.1.00997.T, а дані JWST доповнили радіоспостереження вимірюваннями в іншому діапазоні довжин хвиль. Поєднання двох методів дало змогу побудувати модель радіативного перенесення — обчислення, яке показує, як випромінювання проходить крізь газ коми і яку інформацію про температуру та густину молекул із цього можна отримати.
Підвищена температура з боку, протилежного Сонцю
Моделювання виявило, що розподіл метанолу й води в комі здебільшого зосереджений навколо ядра — це очікуваний результат, оскільки саме там відбувається сублімація льоду.
Проте в напрямку, протилежному до Сонця, дослідники зафіксували статистично значуще підвищення обертальної температури молекул. Автори роботи вважають це наслідком того, як речовина хвоста взаємодіє із сонячним випромінюванням і сонячним вітром — потоком заряджених частинок, що постійно рухається від Сонця.
Окремо JWST зафіксував, що температура молекул води послідовно знижується зі збільшенням відстані від ядра. За результатами моделювання без припущення про локальну термодинамічну рівновагу (non-LTE), це пояснюється переважно так званим обертальним лінійним охолодженням — молекули втрачають енергію через власне випромінювання, а не просто розсіюються у вакуумі, віддаляючись від джерела тепла.
Дві незалежні перевірки одного результату
Найважливіший методологічний результат дослідження — узгодженість даних. Значення, отримані з моделювання JWST, потрапили в межі похибок середніх значень, розрахованих за даними ALMA.
Це рідкісний випадок, коли космічний інфрачервоний телескоп і наземна міліметрова антена незалежно підтверджують одні й ті самі фізичні параметри однієї й тієї ж комети, спостерігаючи її практично синхронно. Крім того, отримані результати загалом узгоджуються з попередніми спостереженнями окремих (single-dish) міліметрових антен, що додає впевненості в надійності методики.
Для астрохімії це означає одне: комбінація оптичних чи інфрачервоних космічних обсерваторій із наземними радіоінтерферометрами дає змогу перевіряти моделі коми комет із двох принципово різних сторін спектра одночасно. Це підвищує довіру до висновків про склад речовини, яка залишилася майже незмінною з часів формування Сонячної системи.
