Команда астрономов во главе с кандидатом технических наук Yoshiharu Shinnaka и профессором Hideyo Kawakita из Kyoto Sangyo University проводили наблюдения за кометой ISON во время её яркой вспышки с середине ноября 2013 года. Учёными, посредством прибора High Dispersion Spectrograph (HDS) телескопа Subaru Telescope, удалось обнаружить в комете две формы азота: 14NH2 и 15NH2. Следует отметить, что этот случай – первый, когда астрономам удалось абсолютно точно идентифицировать относительно редкий изотоп 15NH2, а также измерить относительное содержание этих двух форм азота («соотношение изотопов азота») кометного аммиака (NH3). Полученные в ходе исследований результаты подтвердили гипотезу о существовании двух отличных друг от друга массивных азотных «резервуаров» — плотных облаков («солнечных туманностей»), с одного из которых, вероятнее всего, сформировалась и развилась наша Солнечная система.
Почему учёные заинтересовались изучением этих различных форм азота комета? Кометы – это относительно небольшие объекты Солнечной системы, состоящие изо льда и пыли, которые сформировалось 4,6 млрд. лет тому назад в солнечной туманности, когда наша Солнечная система только начинала зарождаться. Ввиду того, что кометы, как правило, «проживают» в холодных регионах, далёких от Солнца, таких как Облако Оорта и Пояс Койпера, скорее всего, они содержат информацию о физико-химических условиях ранней Солнечной системы. Различные формы и изобилие определённых молекул может указывать на источник и эволюцию их формирования. Астрономы не могут однозначно ответить на вопрос: где именно сформировались кометы: в молекулярном межзвездном облаке или в солнечной туманности? Учёные до сих пор не установили, как молекулы кометы распадаются на изотопы с различным процентным содержанием.
Аммиак (NH3) относится к числу особенно важных молекул, потому, что именно он является самым распространённым азотосодержащим энергозависимым веществом (веществом, которое испаряется) в льдах кометы, и именно молекулы аммиака являются одними из самых простых молекул в группе (-NH2), напрямую связанной с жизнью. Это означает, что различные формы азота могли связать различные компоненты межзвездного пространства для жизни на Земле.
Поскольку аммиак является главным «носителем азота» в комете, для того, чтобы понять, как 15NH2 образуется, его предварительно необходимо «освободить» от изотопов. Однако обнаружение кометного аммиака напрямую – это крайне непростая задача. Команда учёных сосредоточилась на изучении формы NH2, лишь после того как аммиак был подвергнут «фотодиссоциации» в кометной коме. Исследователям посчастливилось наблюдать за кометой, когда та приблизилась к Солнцу, в результате чего её лёд начал испаряться. Им также повезло, что NH2, производное аммиака (NH3), легко наблюдать в оптической длине волны, и относительное изобилие изотопов азота кометного аммиака близко к NH2.
Команда использовала HDS телескопа Subaru для того, чтобы проводить наблюдения за кометой ISON 15-го и 16-ноября 2013 года. В ходе наблюдений был обнаружен 15NH2, что позволило учёным сделать выводы о соотношении изотопов кометного аммиака. Было установлено, что соотношение изотопов аммиака кометы ISON составляет 14N/15N (139±38), что примерно равно среднему значению (14N/15N ~130), выведенному во время анализа спектра 12 других комет. Иными словами, комета ISON характеризуется типичным процентным содержанием изотопов аммиака.
Эти результаты подтверждают гипотезу о существовании двух «резервуаров» азота в солнечной системе: исконного газа N2, имеющего протосолнечную ценность, и менее летучих, вероятнее всего твердых молекул, имеющих соотношение 14N/15N ~150. В случае плотного молекулярного ядра облака изотопное соотношение синильной кислоты (цианистого водорода) HCN аналогично кометному, а отношение аммиака – отличается.
Это может означать, что аммиак сформировался в окружающей среде, насыщенной пылью низкой температуры, а не в газе молекулярного облака. Лабораторные эксперименты показали, что различные сложные молекулы могут образовываться на запылённой поверхности, характеризующейся низкой температурой. Если бы молекула аммиака сформировался из пыли, то ядро кометы могло содержать сложные молекулы, которые играют не последнюю роль в зарождении жизни. Если это так, не исключается, что именно комета принесла жизнь на Землю.
В будущем, команда исследователей планирует увеличить выборку комет, для которых можно было бы определить соотношения изотопов кометного аммиака. Планируется также проведение лабораторных измерений 15NH2 чтобы получить более точные данные соотношения. В долгосрочной перспективе команда исследователей надеется установить происхождение кометы ISON и исследовать механизмы, которые привели к её вспышке, дабы лучше понять эволюцию Солнечной системы.
