Webb znajduje wodny lód w bogatych w pył ziarnach 3I/ATLAS, podobnych do lodowych światów za Neptunem

Spektra w podczerwieni, które Webb zebrał dla 3I/ATLAS, pokazują wodny lód zamknięty w ziarnach o średnicy około mikrometra, silnie wymieszany z pyłem. Kształt pasma lodu przypomina to, które mają lodowe ciała krążące za Neptunem. Zespół Silvii Protopapy opisał wynik w „The Astrophysical Journal Letters” 26 października 2026 r.

Co zmierzył Webb

Astronomowie zauważyli 3I/ATLAS, gdy wchodził do Układu Słonecznego latem 2025 r. To dopiero trzeci obiekt, który przyleciał z zewnątrz, po 1I/'Oumuamua w 2017 r. i 2I/Borisov w 2019 r. Gwiazda macierzysta komety pozostaje nieznana, choć wygląda na to, że nadleciała z kierunku konstelacji Strzelca. Zdaniem badaczy powstała w dysku protoplanetarnym prawdopodobnie 10 do 12 mld lat temu, ponad dwa razy starsza niż Układ Słoneczny.

Pomiary Webba wspierają ten szacunek wieku. Stosunek deuteru do wodoru w wodzie komety wynosi blisko 1%, kilkadziesiąt razy więcej niż w kometach Układu Słonecznego, a stosunek węgla-12 do węgla-13 jest znacznie wyższy od wartości obserwowanych w kometach lokalnych i w pobliskim gazie międzygwiazdowym. Ten układ wskazuje na lód, który powstał w temperaturze poniżej około 30 kelwinów, w ubogim w metale zakątku wczesnej Drogi Mlecznej.

Spektrograf bliskiej podczerwieni NIRSpec obserwował 3I/ATLAS 6 sierpnia 2025 r., 22 grudnia 2025 r. i 1 kwietnia 2026 r. Trzy wizyty rozłożyły się na około osiem miesięcy i objęły peryhelium, czyli najbliższe podejście komety do Słońca 29 października 2025 r. Instrument rozkłada światło na długości fal. To pokazuje, z czego zrobiony jest materiał i w jakim jest stanie.

Wodny lód zwykle zostawia głębokie pasmo absorpcji przy 3 mikrometrach i dwa słabsze przy 1,5 i 2,0 mikrometra. Większość lodowych komet pokazuje wszystkie trzy. W 3I/ATLAS pasmo przy 3 mikrometrach było silne, a krótsze pasma słabe albo ich brakowało. „Ten układ był zagadką”, powiedziała Silvia Protopapa z Southwest Research Institute, która kierowała badaniem.

Dopasowania modeli wskazywały na ziarna o średnicy około mikrometra lub mniejsze, z których każde jest mieszaniną lodu wodnego i pyłu. Webb wykrył też wokół komety parę wodną, dwutlenek węgla i tlenek węgla. Widmo z kwietnia 2026 r. lepiej pasowało do drugiej populacji ziarn bogatych w lód, większych od wcześniejszych, ale wciąż około mikrometra, i pokazało słabe pasmo zgodne z lodem krystalicznym. Zespół nie potrafił rozstrzygnąć, czy lód zmienił strukturę, czy sygnał tłumaczą rozmiar ziarn i zawartość pyłu.

Martin Cordiner z Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda NASA i Katolickiego Uniwersytetu Ameryki kieruje programem Webba i jest współautorem pracy. „Zaprojektowaliśmy ten program tak, żeby był gotowy w chwili, gdy znajdziemy aktywną kometę międzygwiazdową, i żeby śledzić ją w czasie”, powiedział. Zespół chciał się dowiedzieć, co lód, pył i gaz komety mówią o planetozymalach, cegiełkach planet, wokół innych gwiazd.

Dlaczego pył zmienia widmo

Światło pokonuje w takich ziarnach krótki dystans. To osłabia pasma przy 1,5 i 2,0 mikrometra, a pasmo przy 3 mikrometrach zostaje silne.

Rozmiar nie jest tu różnicą. Protopapa powiedziała, że ziarna 3I/ATLAS mają mniej więcej taki sam rozmiar jak ziarna w naszych kometach. „Odróżnia je chyba to, ile pyłu jest wymieszane z lodem”, dodała.

Jeden z modeli używał piroksenu, minerału krzemianowego, do odtworzenia nietypowego wzoru absorpcji. Badacze porównali kometę z kometami Układu Słonecznego i z kilkoma klasami obiektów transneptunowych, lodowych ciał krążących za Neptunem. Widmo komety wypada między tymi grupami i nie pasuje dokładnie do żadnej. Najbliższe podobieństwa wśród obiektów transneptunowych to ciała, których widma też pokazują lód dwutlenku węgla i związki organiczne.

Co porównanie pokazuje, a czego nie

Podobieństwo dotyczy kształtu pasma lodu wodnego. Nie dowodzi identycznych ilości dwutlenku węgla, związków organicznych ani materiału skalnego.

Zespół sugeruje, że lodowe planetozymale wokół różnych gwiazd mogą dzielić ciągły zakres właściwości ziarn, od niemal czystego lodu po lód wymieszany z pyłem, a 3I/ATLAS leży bliżej pyłowego końca. „Ale kiedy postawiliśmy go obok odległych lodowych światów naszego Układu Słonecznego, przestał wyglądać nie na miejscu”, powiedziała Protopapa. Praca „JWST Reveals Refractory-rich Water Ice in Interstellar Comet 3I/ATLAS: Evidence for a Continuum of Grain Properties across Protoplanetary Disks” ukazała się w „The Astrophysical Journal Letters” (doi: 10.3847/2041-8213/aea60d).

Autorzy opisują wspólny zakres jako możliwość, którą trzeba sprawdzić. Nie nazywają go dowodem, że kometa i odległe obiekty Układu Słonecznego powstały w identycznych warunkach.

Co pozostaje otwarte

Jedno pytanie dotyczy tego, co zmieniło się między obserwacjami. „Nie umiemy jeszcze powiedzieć, czy zmiany w czasie to skutek innego nagrzewania ziarn przez Słońce przy każdej obserwacji, czy nowego materiału odsłoniętego, gdy powierzchnia komety erodowała blisko Słońca”, powiedział Michael Kelley z Uniwersytetu Maryland, drugi autor pracy. „Oba wyjaśnienia są możliwe, a ich rozróżnienie to jedno z otwartych pytań, którymi chcemy się zająć”, dodał.

Analiza grudniowa była trudniejsza od dwóch pozostałych. Silniejsza emisja gazu i związków organicznych oraz promieniowanie cieplne pyłu komplikowały modelowanie ziarn lodu.

Ostatnie spojrzenie Webba przypadło na 1 kwietnia 2026 r., gdy kometa była 5,7 jednostki astronomicznej od Słońca. Przy pierwszej wizycie dzieliło ją około 494 mln km. Przy ostatniej było to około 853 mln km i kometa oddalała się. Kometa znika już z naszego pola widzenia.