——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
——中國科學(xué)院辦院方針
近日，由中國科學(xué)院上海天文臺牽頭的聯(lián)合研究團(tuán)隊利用天馬望遠(yuǎn)鏡，對回歸的12P/Pons-Brooks彗星（以下簡稱12P）開展了多波段射電觀測，系統(tǒng)測量了其爆發(fā)活動中的水汽產(chǎn)生率，并獲得了哈雷族彗星迄今在最遠(yuǎn)日心距上的氨分子探測結(jié)果。相關(guān)研究成果以“Pre-perihelion radio observations of comet 12P/Pons-Brooks with the Tianma Radio Telescope”為題，發(fā)表于國際天文學(xué)期刊《天文與天體物理》（Astronomy & Astrophysics）。
彗星的內(nèi)部含有太陽系形成初期的非常豐富的各類冰質(zhì)成分，在它們的軌道位置逐漸接近太陽的過程中，這些成分會在太陽輻射的加熱下升華并驅(qū)動豐富的彗星活動。揮發(fā)冰的存在表明彗星自形成以來沒有經(jīng)歷過劇烈的熱演化。因此，對彗星中冰的組成的研究能夠幫助我們了解46億年前它們形成時原始太陽系的熱學(xué)和化學(xué)性質(zhì)。
12P是一顆軌道周期約71年的哈雷族彗星，自1812年被發(fā)現(xiàn)以來，每次回歸時都會出現(xiàn)多次爆發(fā)性增亮，成因仍未解開。2024年的這次回歸，12P同樣出現(xiàn)了頻繁爆發(fā)，表現(xiàn)為整體亮度的短時間突增。由于爆發(fā)過程往往伴隨更多的氣體從彗核中釋放，因此，12P的爆發(fā)期是監(jiān)測其氣體成分及變化、分析爆發(fā)機制和物質(zhì)構(gòu)成的絕佳時機。
在2023年底至2024年初的觀測窗口中，研究團(tuán)隊利用上海天馬65米射電望遠(yuǎn)鏡對12P開展了L波段和K波段的多次觀測。在L波段的觀測中，成功探測到12P的18-cm 羥基(OH) 譜線（圖1）。結(jié)合輻射轉(zhuǎn)移模型，計算得到12P在幾次爆發(fā)前后的水汽產(chǎn)生率和膨脹速度。結(jié)合前人研究成果，刻畫了12P在爆發(fā)影響下的短期以及長期活動性變化（圖2左）。在距離太陽1 AU處，12P每秒能夠釋放超過5噸水蒸氣，該水平超過了絕大多數(shù)短周期彗星和部分長周期彗星，足以表明12P的強活動性。而在爆發(fā)期，12P的活動性還能提升一倍左右（以水為例）。
在K波段的觀測中，以3σ的置信度首次在射電波段探測到哈雷族彗星中的氨分子（NH3），這也是彗星中射電波段氨分子的最遠(yuǎn)探測記錄。本次觀測測量了12P在一次爆發(fā)期的NH3產(chǎn)率及相對豐度，發(fā)現(xiàn)NH3相對豐度在彗星中處于較高水平（圖2右）。NH3具有較低的升華溫度，對于12P這類短周期彗星，在更高揮發(fā)性物質(zhì)（如CO，CO2）已經(jīng)有所消耗的情況下，NH3的高豐度及其在彗核中的分布或許是12P頻繁爆發(fā)的原因之一。
圖1：12P在不同時期的平均18 cm OH線（縮放到1667 MHz）
圖2：（左）12P的OH和水產(chǎn)率隨日心距的變化關(guān)系；（右）不同彗星的NH3豐度隨日心距的關(guān)系
該研究不僅揭示了12P彗星在爆發(fā)過程中物質(zhì)釋放的演化規(guī)律，也為理解彗星活動機制及其內(nèi)部成分提供了新的觀測依據(jù)。
論文第一作者李浚岑為上海天文臺博士后，本研究的主要工作完成于其在紫金山天文臺攻讀博士學(xué)位期間。該工作得到國家自然基金項目、國家自然基金重點項目以及科技部重點研發(fā)計劃項目資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1051/0004-6361/202554867
科學(xué)聯(lián)系人：史弦，shi@shao.ac.cn；馬月華，yhma@pmo.ac.cn
