Zelfs de ijskoude interstellaire komeet 2I/Borisov blijkt zware metalen te herbergen. En dat terwijl zware metalen doorgaans alleen in hete omgevingen te vinden zijn.

Astronomen weten dat er in het stoffige en rotsachtige binnenste van kometen zware metalen voorkomen. Maar omdat vaste metalen normaliter niet sublimeren (ofwel gasvormig worden) bij lage temperaturen, hadden ze niet verwacht dat ze deze zouden aantreffen in de koude atmosferen van verre kometen. Tot nu. Want met behulp van ESO’s Very Large Telescope (VLT) hebben astronomen nu verrassend genoeg ijzer en nikkel ontdekt in de ijzige atmosferen van kometen op honderden miljoenen kilometers van de zon.

Fossiele objecten
“Kometen zijn ongeveer 4,6 miljard jaar geleden gevormd in het zeer jonge zonnestelsel,” vertelt onderzoeker Emmanuel Jehin. “Sinds die tijd zijn ze eigenlijk niet veranderd. In zekere zin zijn kometen dus astronomische fossielen.” Hoewel de onderzoekers deze ‘fossiele objecten’ al bijna twintig jaar onderzoeken, hadden ze de aanwezigheid van nikkel en ijzer in hun atmosferen tot nu toe nog niet opgemerkt. “Deze ontdekking is jarenlang aan onze aandacht ontsnapt,” zegt Jehin.

Verschillende afstanden
De onderzoekers bestudeerden de atmosferen van kometen die zich op verschillende afstanden van de zon bevinden. Vervolgens analyseerden ze de chemische samenstelling met behulp van een techniek die spectroscopie wordt genoemd. Het team ontdekte spectraallijnen die bij nader inzien aan neutrale atomen van ijzer en nikkel konden worden toegeschreven. Een van de redenen waarom de zware elementen moeilijk aantoonbaar waren, is dat ze in zeer kleine hoeveelheden voorkomen. Het team schat dat er voor elke honderd kilogram water in de atmosfeer van een komeet slechts ongeveer één gram ijzer en ruwweg evenveel nikkel aanwezig is.

Het team ontdekte dat komeet-atmosferen ongeveer gelijke hoeveelheden ijzer en nikkel bevatten. En dat is opvallend. Doorgaans bevat materiaal in ons zonnestelsel, bijvoorbeeld dat in de zon en in meteorieten, ongeveer tien keer zoveel ijzer als nikkel. Maar in de bestudeerde kometen troffen de onderzoekers beide elementen dus in gelijke hoeveelheden aan. Daaruit leiden de onderzoekers af dat deze elementen wellicht afkomstig zijn van een speciaal soort materiaal op het oppervlak van de komeetkern, dat bij vrij lage temperatuur sublimeert en ongeveer evenveel ijzer als nikkel afgeeft. De ontdekking heeft vermoedelijk gevolgen voor ons begrip van het vroege zonnestelsel, al weet het team nog niet precies wat de implicaties ervan zijn.

Het onderzoek wijst uit dat zware metalen dus in de atmosferen van kometen voorkomen – en zelfs in de koude atmosferen van verre kometen schuilen. Zo troffen ze ijzer en nikkel aan in de atmosferen van kometen op meer dan 480 miljoen kilometer van de zon. Dat is meer dan drie keer de afstand tussen de aarde en onze moederster! Een grote verrassing. Want het is voor het eerst dat zware metalen in de koude atmosferen van verre kometen zijn aangetroffen.

2I/Borisov
Maar niet alleen de atmosferen van kometen uit ons eigen zonnestelsel blijken zware metalen te herbergen. Onafhankelijk onderzoek heeft namelijk aangetoond dat er ook in de ijskoude atmosfeer van de interstellaire komeet 2I/Borisov gasvormig nikkel te vinden is. En opmerkelijke vondst. De onderzoekers bestudeerden deze interstellaire bezoeker toen hij zich ongeveer 300 miljoen kilometer van de zon bevond – ongeveer tweemaal de afstand aarde-zon. “Aanvankelijk konden we maar moeilijk geloven dat atomaire nikkel werkelijk op zo’n grote afstand van de zon in 2I/Borisov aanwezig kon zijn,” zegt onderzoeker Piotr Guzik. “We hebben alles talloze keren moeten controleren voordat we onszelf uiteindelijk konden overtuigen.”

De detectie van nikkel in de atmosfeer van de interstellaire komeet 2I/Borisov. Afbeelding: ESO/L. Calçada/O. Hainaut, P. Guzik and M. Drahus

Hete omgevingen
De ontdekkingen zijn verrassend, omdat gassen met atomen van zware metalen tot nu toe alleen nog maar in hete omgevingen zijn gezien. Denk aan de atmosferen van verzengend hete exoplaneten of verdampende kometen die te dicht bij de zon in de buurt kwamen. Maar ook in de ijzige atmosferen van verre kometen komen dus zware metalen voor.

Maar dat is niet het enige opvallende. 2I/Borisov zag namelijk het levenslicht in een ander zonnestelsel. Maar toch blijkt ook deze komeet zware metalen te herbergen. “Plotseling begrepen we dat gasvormige nikkel aanwezig is in komeet-atmosferen in andere delen van het Melkwegstelsel,” zegt onderzoeker Michał Drahus. Het betekent dat dus 2I/Borisov en de kometen uit ons eigen zonnestelsel nog meer gemeen hebben dan tot nu toe werd gedacht. “Stel je eens voor: in andere planetenstelsels komen kometen voor die als twee druppels water op die in ons eigen zonnestelsel lijken,” concludeert Drahus. “ Hoe cool is dat?”