Астрофизики ДВФУ рассказали, почему кометы «меняют» свой цвет

Цвет кометы позволит разгадать химический состав оболочки этих небесных тел и глубже проникнуть в тайны формирования Солнечной системы.

Международная команда астрономов и астрофизиков, в которую вошли представители ДВФУ, объяснила несогласованность результатов, полученных тремя независимыми группами исследователей при наблюдении за кометой 41P/Туттля — Джакобини — Кресака (41P/T-G-K). Противоречивые данные, которые возникают из-за разных наборов фотометрических фильтров и областей (апертур) исследований, не опровергают, а дополняют друг друга, — считают ученые, а комплексный анализ даёт возможность разгадать химический состав пыли в комете 41P/T-G-K. Статья об этом опубликована в Astronomy & Astrophysics. 

Активность комет – явление более сложное, чем это считалось ранее, — гласит один из важных выводов научной группы. Химический состав кометной комы (газо-пылевого окружения ядра), может меняться очень стремительно, буквально в течение суток. Это связано с процессами в ядре кометы, которая приближается к Солнцу.  

Исследователи пытаются получить данные о химическом составе комет через анализ преломляемого частицами пыли света. Однако информация о цветовом спектре комет разнится при замерах в разные эпохи наблюдений из-за различного фазового угла (угол Земля-комета-Солнце). 

«Как минимум, три группы исследователей, наблюдавшие за кометой 41P/T-G-K в 2017 году, получили разные результаты. Цвет кометы у них варьировался от красного до синего. В своей работе мы подробно объяснили, почему так произошло, — говорит один из авторов исследования Антон Кочергин, молодой ученый ДВФУ. — Обычно полученный цвет нормируется с учётом различной полосы пропускания используемых фотометрических фильтров. Однако во многих исследованиях цвет небесных тел интерпретируют независимо от конкретного набора фотометрических фильтров. Мы показываем, что это не во всех случаях верно. Причина разнящихся данных о цвете комет кроется в разных наборах фотометрических фильтров. Кроме того, большое значение имеет выбор размера апертуры расчета — окружности определенного радиуса вокруг кометной комы, которую ученые определяют на кадре с изображением кометы как область исследований. Определившись с апертурой, они анализируют только сигнал внутри этой окружности». 

От выбора апертуры зависит, какие процессы и результаты попадают в анализ. Например, газ из двухатомной молекулы углерода (С₂): есть родительские молекулы (называемые в литературе CHON-частицы), которые при фотодиссоциации становятся источником C₂. Эта диссоциация происходит на определённом расстоянии от ядра кометы, которое зависит от расстояния кометы до Солнца. Значит, правильно выбирая апертуру, можно исключить большую часть сигнала, который дают молекулы C₂ и сфокусироваться на анализе пылевой составляющей комы. 

Ученый подчеркнул, что противоположная информация о цвете кометы, собранная разными группами с помощью разных наборов фотометрических фильтров, только на руку исследователям. Нельзя дать исчерпывающую характеристику цвету (а цвет напрямую связан с химсоставом пыли кометной комы), и химическому составу лишь по одному наблюдению. Наблюдать и определять характеристики необходимо в динамике. Чем больше замеров сделано, тем точнее выводы.  

«На практике это позволяет получить более глубокое понимание микрофизических свойств кометной пыли, и процессов, протекающих в кометной коме. Эта информация поможет пролить свет на эволюционные процессы Солнечной системы. Многие научные группы по всему миру занимаются этим фундаментальным направлением», — объясняет Антон Кочергин. 

В случае с кометой 41P/T-G-K ученым удалось воспроизвести результаты цветовых замеров, полученных практически одновременно с использованием разных фотометрических фильтров. Несмотря на то, что в одном случае был получен синий цвет, а в другом – красный, исследователи установили, что оба результата отвечают реальному поведению частиц кометной пыли в коме 41P. Более того, результаты можно воспроизвести, смоделировав рассеяния света пылевыми частицами минерала пироксена. Пироксен – силикат, материал, который входит в состав лунного грунта, а также был доставлен с астероида Итокава и обнаружен в составе кометы 81P/Wild 2. Пироксены —часть кометного вещества, а также материал, который хорошо изучен в лабораторных условиях. 

Международная группа исследователей планирует продолжить сотрудничество по наблюдению за небесными телами из разных точек Земли. Это помогает «подхватить» объект исследования в случае неблагоприятных погодных условий в месте расположения одной из обсерваторий. Или же, в случае с различными наборами фильтров, дополнить информацию для последующего анализа. В графике наблюдений все доступные инструментам ученых кометы и астероиды.

Результаты работы были получены благодаря сотрудничеству ученых из ДВФУ, Уссурийской обсерватории Института прикладной астрономии РАН, Астрономического института Словацкой академии наук (Словакия), Астрономической обсерватории Университета им. Тараса Шевченко (Украина), Гуманитарного колледжа Университета Кёнхи (Южная Корея), Института космических исследований (США). 

Ранее астрофизики ДВФУ вместе с российскими и зарубежными коллегами провели наблюдения за распавшейся кометой ATLAS и пришли к выводу, что в ней содержался углерод. Это открытие поможет определить возраст комет в Солнечной системе.