Чужой прокрался к Солнцу

Астрономы, которые изучают происхождение Солнца и его планет, своими лучшими помощниками считают многочисленные кометы, курсирующие по всей Солнечной системе. Эти глыбы льда и пыли слишком малы и рыхлы, чтобы расплавить свои недра и перемешать в них то реликтовое вещество, из которого сформировалась наша планетная семья. В самих планетах, расплавившись, оно давно разделилось на отдельные слои и оболочки.

Когда кометы приближаются к Солнцу, внешние слои кометных ядер начинают испаряться, формируя так называемые комы – гигантские облака пыли и газа, из которых выходят классические кометные хвосты. Этот момент как нельзя хорошо подходит, чтобы направить на комету телескоп и с помощью спектрального анализа отражённого ей света выяснить, из чего состояло то газопылевое облако, из которого вышли Солнце, Земля и каждый из нас.

Однако комета Мачхольца-1, которой посвящена статья в последнем номере Astronomical Journal, может стать другом тех учёных, кого прошлое других звёзд интересует больше, чем происхождение собственной.

Не исключено, что

комета Мачхольца-1 – первый пример «чужой» кометы, зародившейся рядом с другой звездой, потерянной ею и в дальнейшем захваченной Солнечной системой.

На это указывает совершенно необычный химический состав уникальной кометы.

Изучение химического состава позволило учёным разделить кометы на два класса. В хвостах большинства комет на каждую молекулу двухатомного углерода C₂ приходятся несколько сотен гидроксильных групп OH, по которым измеряется общее количество испарившегося водяного льда. Примесей циана – молекул CN – в кометном льду примерно столько же, сколько и C₂, трёхатомных молекул C₃ – в несколько раз меньше. И такой состав держится с приличной по меркам астрономии точностью – вероятно, вещество, из которого 4,5 миллиарда лет назад образовалось большинство комет, было неплохо перемешано.

Однако ещё в середине 1920-х годов русский астроном и белый эмигрант Николай Фёдорович Бобровников, работая в американской Йеркской обсерватории, обнаружил, что комета Джакобини – Циннера резко отличается от всех остальных – C₂ в ней было в несколько раз меньше, чем циана. Позднее были обнаружены и другие кометы подобного состава, содержание многоатомного углерода в которых в несколько раз (а то и десятков раз) ниже нормы.

Анализ орбит бедных углеродными молекулами небесных тел показал, что все они когда-то были «извлечены» притяжением Юпитера из так называемого пояса Койпера – «бублика» из орбит комет, карликовых планет и мелких астероидов, в дырку от которого как раз помещаются орбиты восьми больших планет Солнечной системы. А вот большинство комет с «типичным» химическим составом, судя по всему, происходят из куда более обширного резервуара, так называемого облака Оорта – почти сфероидального роя комет, орбиты которых простираются на тысячи и десятки тысяч астрономических единиц (средних расстояний от Земли до Солнца). Судя по всему, отличия химического состава – память о разных условиях образования комет в двух резервуарах (см. врез).

Объект, открытый 12 мая 1986 года калифорнийским астрономом-любителем Дональдом Мачхольцем, не похож ни на «типичные» кометы, ни на их бедных углеродными молекулами далёких родственниц.

Комета Мачхольца-1 (96P) – довольно яркое небесное тело, которое, тем не менее, долго ждало своего открытия, поскольку в перигелии очень близко (втрое ближе Меркурия) подходит к Солнцу и в максимуме блеска теряется на фоне светила. Кроме того, далеко не всегда условия наблюдения с Земли в этот момент оказываются благоприятными.

Удачным оказалось лишь четвёртое после открытия возвращение кометы к перигелию. 12 мая 2007 года, ровно через 21 год после открытия, астроном Дэвид Шлейхер получил спектр объекта с помощью 1,1-метрового телескопа имени Джона Холла Ловелловской обсерватории. По словам Шлейхера, спектр тут же привлёк его внимание. Присутствие циана в нём было практически незаметным, и лишь специальный анализ позволил уловить его следы и измерить концентрацию молекул CN в голове и хвосте кометы.

«Ядовитой» молекулы (её прекурсором является синильная кислота) в Мачхольце-1 оказалось в 70 раз ниже нормы! В 8 и 20 раз меньше, чем положено, оказалось молекул C₂ и C₃. При этом никакого недостатка азота в этом веществе не наблюдалось – например, примесей молекул NH в кометном льде оказалось даже чуть больше среднего. В результате на астрономических диаграммах она оказалась в стороне от всех остальных небесных тел своего класса. А ощущения астрономов, когда они видят такие диаграммы, сродни тем, что испытывает географ, обнаружив вдруг на карте родной Воронеж где-нибудь в южном полушарии.

До сих пор была известна лишь одна комета с подобными свойства – комета Янаки, открытая японцем Тэцуо Янакой в 1988 году. В её спектре вовсе не удалось обнаружить следов ни циана CN, ни двухатомного углерода C₂. Однако комета Янаки пролетела и ушла обратно на окраину Солнечной системы. А комета Мачхольца-1 возвращается каждые 5 лет и 3 месяца, и изучать её совершенно необходимо, уверен Шлейхер.

По словам учёного, могут быть лишь три объяснения необычному составу, которые можно условно назвать «из пламени», «из льда» и «издалека».

Самое тривиальное – «пламенное» – объяснение состоит в том, что синильная кислота, из которой получается циан, просто-напросто преимущественно испарилась с поверхности – именно из-за частых и очень тесных сближений с Солнцем. Вместе с тем Шлейхер считает это объяснение маловероятным. Компьютерные расчёты в наши дни позволяют достаточно уверенно говорить, сколько времени та или иная комета провела на короткопериодической орбите. И никакой зависимости между этим временем и содержанием углерода и циана найти не удалось. Даже почти разрушенные объекты вроде кометы д'Арреста по химическому составу никак не отличаются от всех остальных. Кроме того, без объяснения остаётся и несоответствие между аномалиями содержания различных молекул.

Не проходит и объяснение, условно названное «из льда», – имеется в виду чем-то особенного льда, образовывавшегося в одном из регионов молодой Солнечной системы. Во-первых, никаких свидетельств столь грандиозной сегрегации элементов в реликтовом газопылевом облаке нет – даже объекты пояса Койпера отличаются от объектов облака Оорта не так уж сильно, а по содержанию циана – вовсе ничем не выделяются.

Поэтому учёный склоняется к самому волнующему объяснению: комета Мачхольца-1 (как, вероятно, и комета Янаки) – пришелица из других миров, от какой-то другой звезды.

Если планетные системы, подобные Солнечной, штука в Галактике распространённая, то и многие другие звёзды должны окружать аналоги нашего облака Оорта. Как показывают расчёты, сближения звёзд друг с другом дестабилизируют орбиты комет, и часть из них оказываются бродягами, которые потом свободно путешествуют от звезды к звезде. Когда-то такая комета пролетела недалеко от Солнца и, что очень важно, Юпитера, который «завернул» гастролёршу на орбиту вокруг нашей звезды, теоретизирует Шлейхер.

Такой экзотический вариант разом объясняет и необычную орбиту объекта, и его удивительный химический состав. Комета Мачхольца-1 – одна из наиболее близко подходящих к звезде «нормальных» комет, а многие «кометы SOHO», которые умудряются забраться ещё ближе, на деле могут быть фрагментами Мачхольца-1, отколовшимися за долгие годы её движения по орбите. При захвате свободного объекта Юпитером такие траектории вполне возможны, хотя Шлейхер отдельно и не считал, насколько они вероятны.

Что же касается химического состава, то здесь объяснение ещё проще. «У другой звезды – другой состав», – говорит учёный. Смущает, правда, то обстоятельство, что таким образом можно объяснить любую химию. А это уже не очень похоже на науку.