En ny studie av ett belgiskt team som använder data från European Southern Observatory's Very Large Telescope (ESO:s VLT) har visat att järn och nickel finns i kometatmosfärerna i hela vårt solsystem, även de som är långt från solen. En separat studie av ett polskt team, som också använde ESO-data, rapporterade att nickelånga också finns i den isiga interstellära kometen 2I/Borisov. Detta är första gången tungmetaller, vanligtvis förknippas med heta miljöer, har hittats i kalla atmosfärer av avlägsna kometer.

"Det var en stor överraskning att detektera järn- och nickelatomer i atmosfären av alla kometer vi har observerat under de senaste två decennierna, cirka 20 av dem, och även i sådana långt från solen i den kalla rymdmiljön, säger Jean Manfroid från universitetet i Liège, Belgien, som leder den nya studien om solsystemets kometer som publicerades idag i Natur .

Astronomer vet att tungmetaller finns i kometernas dammiga och steniga interiörer. Men, eftersom fasta metaller vanligtvis inte "sublimerar" (blir gasformiga) vid låga temperaturer, de förväntade sig inte att hitta dem i atmosfären av kalla kometer som färdas långt från solen. Nickel och järnångor har nu till och med upptäckts i kometer som observerats på mer än 480 miljoner kilometer från solen, mer än tre gånger avståndet jord-sol.

Det belgiska laget hittade järn och nickel i kometernas atmosfär i ungefär lika stora mängder. Material i vårt solsystem, till exempel det som finns i solen och i meteoriter, innehåller vanligtvis cirka tio gånger mer järn än nickel. Detta nya resultat har därför implikationer för astronomers förståelse av det tidiga solsystemet, även om teamet fortfarande avkodar vad dessa är.

"Kometer bildades för cirka 4,6 miljarder år sedan, i det mycket unga solsystemet, och har inte förändrats sedan dess. I det avseendet, de är som fossiler för astronomer, " säger studiens medförfattare Emmanuel Jehin, också från universitetet i Liège.

Medan det belgiska teamet har studerat dessa "fossila" objekt med ESO:s VLT i nästan 20 år, de hade inte upptäckt förekomsten av nickel och järn i deras atmosfärer förrän nu. "Denna upptäckt gick under radarn i många år, säger Jehin.

Teamet använde data från instrumentet Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph (UVES) på ESO:s VLT, som använder en teknik som kallas spektroskopi, att analysera atmosfären hos kometer på olika avstånd från solen. Denna teknik gör det möjligt för astronomer att avslöja den kemiska sammansättningen av kosmiska objekt:varje kemiskt element lämnar en unik signatur - en uppsättning linjer - i spektrumet av ljuset från objekten.

Det belgiska laget hade upptäckt svaga, oidentifierade spektrallinjer i deras UVES-data och vid närmare inspektion märkte att de signalerade närvaron av neutrala atomer av järn och nickel. En anledning till att de tunga grundämnena var svåra att identifiera är att de finns i mycket små mängder:teamet uppskattar att för varje 100 kg vatten i kometernas atmosfär finns det bara 1 g järn, och ungefär samma mängd nickel.

"Vanligtvis finns det 10 gånger mer järn än nickel, och i dessa kometatmosfärer hittade vi ungefär samma kvantitet för båda elementen. Vi kom till slutsatsen att de kan komma från en speciell typ av material på ytan av kometkärnan, sublimering vid en ganska låg temperatur och frigör järn och nickel i ungefär samma proportioner, " förklarar Damien Hutsemékers, också en medlem av det belgiska teamet från universitetet i Liège.

Även om teamet inte är säkra på vilket material detta kan vara, framsteg inom astronomi – som den mellaninfraröda ELT Imager and Spectrograph (METIS) på ESO:s kommande Extremely Large Telescope (ELT) – kommer att göra det möjligt för forskare att bekräfta källan till järn- och nickelatomerna som finns i dessa kometers atmosfär.

Det belgiska teamet hoppas att deras studie kommer att bana väg för framtida forskning. "Nu kommer folk att söka efter dessa rader i sina arkivdata från andra teleskop, " säger Jehin. "Vi tror att detta också kommer att utlösa nytt arbete i ämnet."

Interstellära tungmetaller

En annan anmärkningsvärd studie publicerad idag i Natur visar att tungmetaller också finns i atmosfären hos den interstellära kometen 2I/Borisov. Ett team i Polen observerade detta föremål, den första främmande kometen som besökte vårt solsystem, med X-shooter-spektrografen på ESO:s VLT när kometen flög förbi för ungefär ett och ett halvt år sedan. De fann att 2I/Borisovs kalla atmosfär innehåller gasformigt nickel.

"Först hade vi svårt att tro att atomärt nickel verkligen kunde finnas i 2I/Borisov så långt från solen. Det krävdes många tester och kontroller innan vi äntligen kunde övertyga oss själva, " säger studieförfattaren Piotr Guzik från Jagiellonian University i Polen. Fyndet är överraskande eftersom, innan de två studierna publicerade idag, gaser med tungmetallatomer hade bara observerats i heta miljöer, till exempel i atmosfären hos ultraheta exoplaneter eller förångande kometer som passerade för nära solen. 2I/Borisov observerades när den var cirka 300 miljoner kilometer bort från solen, eller ungefär två gånger avståndet Jord-sol.

Att studera interstellära kroppar i detalj är grundläggande för vetenskapen eftersom de bär ovärderlig information om de främmande planetsystem de härstammar från. "Plötsligt förstod vi att gasformigt nickel finns i kometatmosfärer i andra hörn av galaxen, säger medförfattaren Micha? Drahus, också från Jagiellonian University.

De polska och belgiska studierna visar att kometerna 2I/Borisov och solsystemet har ännu mer gemensamt än man tidigare trott. "Föreställ dig nu att vårt solsystems kometer har sina sanna analoger i andra planetsystem - hur coolt är det?, " avslutar Drahus.