För första gången, NASA:s Neil Gehrels Swift Observatory spårade vattenförlust från en interstellär komet när den närmade sig och rundade solen. Objektet, 2I/Borisov, reste genom solsystemet i slutet av 2019.

"Borisov passar inte in i någon klass av solsystemkometer, men det skiljer sig inte heller exceptionellt från dem, " sa Zexi Xing, en doktorand vid University of Hong Kong och Auburn University i Alabama som ledde forskningen. "Det finns kända kometer som delar åtminstone en av dess egenskaper."

Kometer är frusna gasklumpar blandade med damm, ofta kallade "smutsiga snöbollar". Forskare uppskattar att hundratals miljarder av dem kan kretsa runt solen. Baserat på Borisovs hastighet och beräknade väg, dock, det måste ha kommit utifrån solsystemet. Kometen är bara den andra kända interstellära besökaren, upptäckte två år efter det första föremålet, som heter 'Oumuamua, zippade genom solsystemet.

Amatörastronomen Gennady Borisov upptäckte kometen den 30 augusti, fyra månader innan den närmade sig solen närmast. Den tidiga identifieringen gav flera rymd- och markbaserade observatorier tid för detaljerade uppföljningsobservationer. I oktober, forskare som använder Apache Point Observatory i Sunspot, New Mexico, upptäckte den första antydan av vatten från kometen. Under de följande månaderna, NASA:s rymdteleskop Hubble tog bilder av Borisov när kometen rusade fram vid cirka 100, 000 miles (161, 000 kilometer) i timmen.

När en komet närmar sig solen, fruset material på ytan – som koldioxid – värms upp och börjar omvandlas till gas. När den kommer inom 230 miljoner miles (370 miljoner kilometer) från solen, vatten förångas. Xing och hennes kollegor bekräftade förekomsten av vatten från Borisov och mätte dess fluktuationer med hjälp av ultraviolett ljus.

När solljus bryter isär vattenmolekyler, ett av fragmenten är hydroxyl, en molekyl som består av en syre- och en väteatom. Swift upptäcker fingeravtrycket av UV-ljus som sänds ut av hydroxyl med hjälp av sitt ultravioletta/optiska teleskop (UVOT). Mellan september och februari, Xings team gjorde sex observationer av Borisov med Swift. De såg en 50-procentig ökning av mängden hydroxyl – och därmed vatten – Borisov producerade mellan 1 november och 1 december, vilket var bara sju dagar från kometens närmaste pensel med solen.

Vid topp aktivitet, Borisov tappade åtta gallons (30 liter) vatten per sekund, tillräckligt för att fylla ett badkar på cirka 10 sekunder. Under sin resa genom solsystemet, kometen förlorade nästan 61 miljoner gallon (230 miljoner liter) vatten – tillräckligt för att fylla över 92 simbassänger av olympisk storlek. När den rörde sig bort från solen, Borisovs vattenförlust minskade – och gjorde det snabbare än någon tidigare observerad komet. Xing sa att detta kan ha orsakats av en mängd olika faktorer, inklusive yterosion, rotationsförändring och till och med fragmentering. Faktiskt, data från Hubble och andra observatorier visar att bitar av kometen bröt av i slutet av mars.

"Vi är verkligen glada över att Swifts snabba svarstid och UV-kapacitet fångade dessa vattenproduktionshastigheter, " sa medförfattaren Dennis Bodewits, en docent i fysik vid Auburn. "För kometer, vi uttrycker mängden andra detekterade molekyler som ett förhållande till mängden vatten. Det ger ett mycket viktigt sammanhang för andra observationer."

Swifts mätningar av vattenproduktionen hjälpte också teamet att beräkna att Borisovs minimistorlek är strax under en halv mil (0,74 kilometer) tvärs över. Teamet uppskattar att minst 55% av Borisovs yta - ett område som ungefär motsvarar hälften av Central Park - aktivt släppte material när det var närmast solen. Det är minst 10 gånger det aktiva området på de flesta observerade solsystemkometer. Borisov skiljer sig också från solsystemets kometer i andra aspekter. Till exempel, astronomer som arbetar med Hubble och Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ett radioteleskop i Chile, upptäckte att Borisov producerade de högsta nivåerna av kolmonoxid som någonsin setts från en komet på det avståndet från solen.

Borisov har vissa egenskaper gemensamma med solsystemets kometer, fastän. Dess ökning av vattenproduktionen när den närmade sig solen liknade tidigare observerade objekt. Xing och hennes team fann också att andra molekyler i Borisovs kemiska inventering – och deras överflöd – liknar hemmaodlade kometer. Till exempel, med avseende på hydroxyl och cyanogen - en förening som består av kol och kväve - producerade Borisov en liten mängd diatomiskt kol, en molekyl gjord av två kolatomer, och amidogen, en molekyl som härrör från ammoniak. Cirka 25 % till 30 % av alla solsystemkometer delar den egenskapen.

Men Borisovs kombinerade egenskaper trotsar placering i någon enda känd kometfamilj. Forskare funderar fortfarande på vad detta betyder för kometutvecklingen i andra planetsystem.

Teamets resultat publicerades den 27 april, 2020, nummer av The Astrofysiska tidskriftsbrev och är tillgängliga online.

Swift utvecklades för att studera gammastrålning, de mest lysande explosionerna i universum. Men under det senaste decenniet, Bodewits har använt det för att lära sig mer om kometer när de korsar solsystemet. Det mesta UV-ljuset absorberas av jordens atmosfär, så forskare måste leta efter hydroxyls signatur från rymden. Och eftersom Swift har en flexibel observationsstrategi och snabb reaktionstid, den kan utföra långsiktig övervakning av intressanta nya mål. De första fem observationerna av Borisov var sammansatta av UVOT-ögonblicksbilder tagna under 12 timmar, och den sista var en serie bilder tagna under 24 timmar.

"Teamet föreställde sig inte att uppdraget skulle bidra så mycket till vår förståelse av planetarisk vetenskap när det byggdes, " sa Swifts huvudutredare S. Bradley Cenko vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Men det är ett bra exempel på att människor kommer på kreativa och kraftfulla sätt att använda de möjligheter som finns där ute för att göra oväntad och spännande vetenskap."