星際彗星 3I/ATLAS 或誕生于極寒深空

一顆來自太陽系之外的罕見彗星正為天文學家提供一個難得窗口，讓他們得以一窺在完全不同于太陽系環境下誕生的“外來”行星系統到底長什么樣。 這顆天體被命名為 3I/ATLAS，于不足一年前被發現，當時它正在穿越我們的太陽系。 雖然科學家目前仍不清楚它確切的出發地，但由密歇根大學牽頭的一項新研究顯示，這顆彗星極有可能形成于宇宙中一個異常寒冷的區域。

該研究發表在最新一期《自然·天文學》（Nature Astronomy）上，核心發現是：3I/ATLAS 所含的水體中，富含一種被稱作“重水”的特殊水分子，其特點是氘（重氫）含量異常之高。 這項研究獲得了美國國家科學基金會和智利國家科研與發展署等機構的資助。 研究團隊指出，通過這種特殊的同位素比例，科學家得以對銀河系中其他行星系統的形成條件，進行前所未有的化學“反向推演”。

水分子由兩個氫原子和一個氧原子構成，化學式為 H?O。 在普通水中，氫原子只包含一個質子；而氘則是一種更“重”的氫同位素，原子核中既有質子也有中子。 研究人員發現，3I/ATLAS 中有相當大比例的水分子屬于“氘代水”，也就是含氘的重水。 重水在地球和太陽系內的彗星中都能找到，但 3I/ATLAS 中的含量遠超既往觀測紀錄。

“這顆彗星中，重水里氘相對普通氫的比例，比我們在其他行星系統和行星彗星中看到的都要高。”該論文第一作者、密歇根大學天文學系博士生路易斯·薩拉薩爾·曼薩諾（Luis Salazar Manzano）表示。 研究顯示，3I/ATLAS 中水的氘/氫比例大約是太陽系內任何一顆彗星測得值的 30 倍左右，也約為地球海洋中該比例的 40 倍。 這一極端比例說明，它形成時所處的環境極其寒冷，而且受到的輻射水平遠低于太陽系幼年時期的本地環境。

科研團隊指出，水中氘/氫等化學比值是理解彗星和行星形成條件的重要“指紋”。 將 3I/ATLAS 的化學特征與太陽系天體對比后，研究人員推斷，這顆彗星很可能誕生于一個溫度更低、輻射更弱的星際區域。 “這證明了，促成我們太陽系形成的那些條件，并不是宇宙中的通用模板。”論文共同負責人之一、密歇根大學天文學助理教授特蕾莎·帕內克-卡雷尼奧（Teresa Paneque-Carre?o）指出，“這聽上去似乎顯而易見，但科學上很多看似‘顯然’的判斷，必須用數據來一一證實。”

要對一顆星際訪客進行如此細致的化學剖析，運氣因素也至關重要。 首先，3I/ATLAS 必須在進入太陽系的足夠早期就被發現，以便天文學家能及時搶占各大望遠鏡的觀測時間。 在完成初步確認后，薩拉薩爾·曼薩諾和合作團隊成功申請到位于美國亞利桑那州 MDM 天文臺的觀測時段，在那里捕捉到了彗星釋放氣體的一些最早跡象。

隨后，他與帕內克-卡雷尼奧合作，后者擅長利用位于智利的阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列望遠鏡（ALMA）進行分子成分研究。 ALMA 的靈敏度足以分辨普通水與含氘重水的微弱信號差異，使研究團隊得以直接計算兩者之間的比例。 科學家強調，這是首次在一顆星際天體上成功開展此類精細的水同位素分析。

“身在密歇根大學并能接入這些設施，是這項工作得以完成的關鍵。”薩拉薩爾·曼薩諾說。 他表示，團隊成員在多個領域都經驗豐富、優勢互補，這使他們能夠高效整合不同觀測數據，并給出經得起檢驗的物理解釋。

截至目前，天文學界僅在太陽系內確認過三顆星際來客，其中之一便是 3I/ATLAS。 研究人員認為，這項研究表明，只要觀測條件允許，未來對于星際天體的化學“體檢”完全可行，這將為理解銀河系中各種行星系統的形成過程打開一扇新窗。 隨著新一代巡天設施陸續上線，這類星際訪客的發現有望顯著增多。

帕內克-卡雷尼奧同時強調，保護黑暗夜空、減少光污染的重要性正在與日俱增。 只有在足夠清晰、足夠暗的天空背景下，天文學家才能持續捕捉到這些來自深空的微弱信號。