透過阿塔卡瑪大型毫米/次毫米波陣列(ALMA)的最新觀測,天文學家首次在星際彗星 3I/ATLAS 中測得「半重水」(氘代水),顯示其來源的母恆星系統形成於極端低溫的條件下。這項發現指出,星際彗星 3I/ATLAS 所含的半重水比例,至少是太陽系彗星的 30 倍,為我們直接揭示其來源恆星系統在極低溫環境下形成的化學線索。
彗星常被稱為髒雪球,部分原因在於其富含水冰,而這些水分子保留了形成環境的化學記錄。除了普通水(H₂O)外,彗星中還含有一種稱為「半重水(HDO)」的分子,其中一個氫原子被氘(D,即含一個額外中子的氫同位素)所取代。在太陽系彗星中,大約每一萬個水分子才會出現一個半重水分子;然而在 3I/ATLAS 中,這個比例至少高出 30 倍,甚至超過地球海洋中該比例的 40 倍。
如此高的半重水比例,意味著其起源於極端寒冷且化學條件不同的環境。促進半重水增加的化學過程對溫度極為敏感,通常需要低於約 30 K(約攝氏 −243 度)的環境。這個比例在該彗星來源的恆星系統形成時即已確立,並在其漫長的星際旅程中保持不變。除了作為遙遠恆星(及行星)系統的化學指紋外,HDO/H₂O 比值也具有重要的宇宙學意義。氘與氫的豐度早在大霹靂時期便已確立,因此這項測量提供了一種極為基礎的方法,用來探測其他世界誕生時的條件。每一顆星際彗星都帶來了一部分它的歷史,就像來自其他地方的化石。我們不確定它確切來自哪裡,但透過 ALMA 這類儀器,我們可以開始理解那個環境,並與我們的太陽系進行比較。
這次觀測的時機極為短暫,在 3I/ATLAS 通過近日點後僅 6 天內完成。ALMA 在這項發現中的關鍵角色不可或缺,多數儀器無法朝向太陽方向觀測,但像 ALMA 這樣的電波望遠鏡則可以。我們得以在彗星剛從太陽後方現身、通過近日點後幾天內進行觀測,從而取得其他儀器無法獲得的分子限制。






