Interstellaire komeet 3I/ATLAS verbergt haar geheimen onder een bestraalde korst
Kometen zijn stoffige ijslichamen in ons zonnestelstel die bestaan uit een mengsel van bevroren gassen en stof. Ze bevatten materiaal dat teruggaat tot het vroege zonnestelsel. Wanneer een komeet de zon nadert, begint het ijs te sublimeren en komen gassen en stof vrij. Hierdoor ontstaan de komeetatmosfeer (coma) en de twee komeetstaarten, die bestudeerd kunnen worden met een ruimtetuig ter plaatse (zoals de Rosetta-missie) of via observaties op afstand met ruimtetelescopen.
3I/ATLAS is een interstellaire komeet die afkomstig is uit een ander sterrenstelsel. Nieuw onderzoek onder leiding van het Koninklijk Belgisch Instituut voor Ruimte-Aeronomie (BIRA) toont aan dat 3I/ATLAS aan haar waarneembare oppervlak niet het oorspronkelijk materiaal laat zien waaruit zij is gevormd. Dat ongerepte ijs ligt namelijk onder een buitenlaag (korst) die over miljarden jaren geleidelijk is veranderd door kosmische straling.
3I/ATLAS, een zeldzame interstellaire bezoeker
3I/ATLAS, ontdekt in juli 2025, is het derde bevestigde interstellaire object dat ooit werd waargenomen na 1I/’Oumuamua en 2I/Borisov. Met een geschatte diameter van enkele kilometers en een samenstelling die voornamelijk uit ijs en stof bestaat, lijkt zij in veel opzichten op een gewone komeet. Haar hyperbolische baan bevestigt echter dat ze afkomstig is uit een ander sterrenstelsel, buiten het zonnestelsel. Op basis van de geschatte interstellaire reistijd, waaraan een onbekende verblijftijd rond haar moederster moet worden toegevoegd, wordt aangenomen dat 3I/ATLAS enkele miljarden jaren geleden is ontstaan. Gedurende al die tijd werd 3I/ATLAS voortdurend blootgesteld aan galactische kosmische straling. Dit zijn energierijke deeltjes uit supernova's en andere hoogenergetische astrofysische processen, die zich door het hele melkwegstelsel verspreiden en alle objecten in de ruimte treffen.
Waarnemingen van 3I/ATLAS met de James Webb-ruimtetelescoop laten uitzonderlijk hoge CO₂/H₂O-verhoudingen zien, hoger dan bij alle kometen die tot nu toe zijn bestudeerd. Daarnaast vertoont zij een verhoogde CO-abundantie en een duidelijk rode kleur. Deze kenmerken zijn typisch voor ijs dat bij lage temperaturen is veranderd onder invloed van energetische deeltjes. Laboratoriumexperimenten laten inderdaad zien dat mengsels van H₂O- en CO-ijs die aan dergelijke deeltjes worden blootgesteld, CO₂ vormen en een roodachtige korst ontwikkelen.
Een tijdcapsule onder een korst
Om beter te begrijpen hoe kosmische straling de kern van 3I/ATLAS heeft veranderd, hebben onderzoekers van het BIRA samen met Guillaume Gronoff (NASA Langley Research Center) een model ontwikkeld. Dat model berekent hoeveel energie galactische kosmische straling afgeeft wanneer die de komeetkern binnendringt en hoe hierdoor het ijs chemisch en fysisch evolueert. Uit het model blijkt dat de door straling veranderde laag ongeveer 15 tot 20 meter diep reikt. In die zone is de ijssamenstelling sterk gewijzigd: CO₂ is sterk verrijkt, terwijl er nog een kleine hoeveelheid CO overblijft. Ook de structuur van het ijs verandert: onder voortdurende blootstelling aan kosmische straling wordt het steeds compacter. Het model steunt op laboratoriumexperimenten met vereenvoudigde ijsmengsels. Die geven niet noodzakelijk het volledige beeld van de chemie die door kosmische straling wordt opgewekt omdat extreem trage reacties een rol kunnen spelen. Daar komt bij dat de oorspronkelijke samenstelling van het ijs in 3I/ATLAS onbekend is. Ondanks deze onzekerheden is het zeer waarschijnlijk dat de komeet een bestraalde korst heeft ontwikkeld.
De kern van 3I/ATLAS is dus omhuld door een bestraalde korst. Die begon te sublimeren toen 3I/ATLAS de zon naderde. Door de warmte van de zon en de bijbehorende gasproductie verdwijnt oppervlaktemateriaal, waardoor de kern langzaam erodeert en mogelijk dieper, minder bewerkt materiaal bloot komt te liggen. De sterkste erosie treedt op in de buurt van het perihelium, het punt waarop een komeet het dichtst bij de zon komt. Voor 3I/ATLAS was dat op 30 oktober het geval.
Afhankelijk van de erosiesnelheid kan daarna ongewijzigd, ongerept ijs bloot komen te liggen. Daarom is het essentieel om observaties vóór en na het perihelium met elkaar te vergelijken om veranderingen in samenstelling en kleur op te sporen die kunnen wijzen op het vrijkomen van minder veranderd materiaal. Maar zonne-energie zelf veroorzaakt ook veranderingen in de samenstelling door selectieve sublimatie en hercondensatie. Zelfs wanneer erosie uiteindelijk diepere lagen blootlegt, blijft het daarom een grote uitdaging om het ongerepte oermateriaal te kunnen onderscheiden.
Romain Maggiolo (BIRA-onderzoeker)
Deze doorsnede laat zien waaruit 3I/ATLAS vermoedelijk bestaat. Kosmische straling heeft de bovenste ~15–20 m langzaam omgevormd tot een korst die rijk is aan CO₂ en donker organisch materiaal. Diep daaronder blijft de kern onaangetast, een bevroren verslag van de omstandigheden waarin deze komeet miljarden jaren geleden in een ander sterrenstelsel is ontstaan.
Bron: Romain Maggiolo et al.
Een blik op een ander sterrenstelsel onderweg naar Comet Interceptor
3I/ATLAS is een oud object met een oppervlak dat door kosmische straling is getekend, maar blijft een buitengewoon waardevolle bron van informatie. Interstellaire kometen zijn namelijk de enige tastbare stukjes materie uit andere zonnestelsels die dicht genoeg bij de aarde komen om echt te kunnen bestuderen. Ze dragen zowel de sporen van de plek waar ze ooit ontstonden als de gevolgen van hun verblijf in de ruimte. Het verhaal van die dubbele geschiedenis begrijpen is de sleutel om hun oorsprong te kunnen achterhalen.
Dit onderzoek sluit rechtstreeks aan bij ESA’s Comet Interceptor-missie (lancering in 2028-2029), waarbij het BIRA betrokken is. Comet Interceptor zal langs een komeet vliegen (fly-by) die voor het eerst het binnenste deel van ons zonnestelsel bereikt. Zulke dynamisch nieuwe kometen komen uit de verre Oortwolk en hebben waarschijnlijk ook een bestraalde korst, gevormd door de 4,5 miljard jaar blootstelling aan kosmische straling sinds het ontstaan van het zonnestelsel. Begrijpen wat kosmische straling juist doet is daarom essentieel om de toekomstige metingen van Comet Interceptor juist te kunnen interpreteren.
Credit: ESA
Referentie
Het artikel is ingediend bij het Astrophysical Journal en is beschikbaar op arXiv.
Maggiolo, R., F. Dhooghe, G. Gronoff, J. de Keyser and G. Cessateur, (2025), Interstellar Comet 3I/ATLAS: Evidence for Galactic Cosmic Ray Processing, arXiv, https://doi.org/10.48550/arXiv.2510.26308
News image 1
News image legend 1
Credit: NASA