La detección de metales pesados hierro (Fe) y níquel (Ni) en la atmósfera borrosa de un cometa se ilustra en esta imagen, que presenta el espectro de luz de C / 2016 R2 (PANSTARRS) en la parte superior izquierda superpuesta a una imagen real. imagen del cometa tomada con el telescopio SPECULOOS en el Observatorio Paranal de ESO. Cada pico blanco del espectro representa un elemento diferente, y los del hierro y el níquel se indican con rayas azules y naranjas, respectivamente. Espectros como estos son posibles gracias al instrumento UVES del VLT de ESO, un espectrógrafo de alta resolución que extiende la línea tanto que pueden identificarse individualmente. Además, UVES permanece sensible hasta longitudes de onda de 300 nm. La mayoría de las líneas importantes de hierro y níquel aparecen en longitudes de onda de alrededor de 350 nm, lo que significa que las capacidades de UVES fueron esenciales para hacer este descubrimiento. Crédito: ESO / L. Calçada, Equipo SPECULOOS / E. Jehin, Manfroid y col.
Un nuevo estudio realizado por un equipo belga que utiliza datos del Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral (VLT de ESO) ha demostrado que el hierro y el níquel existen en las atmósferas de los cometas en todo nuestro Sistema Solar, incluso en los que están lejos del Sol. U
n estudio separado realizado por un equipo polaco, que también utilizó datos de ESO, informó que el vapor de níquel también está presente en el cometa interestelar helado 2I / Borisov. Esta es la primera vez que se encuentran metales pesados, generalmente asociados con ambientes cálidos, en las atmósferas frías de cometas distantes.
“Fue una gran sorpresa detectar átomos de hierro y níquel en la atmósfera de todos los cometas que hemos observado en las últimas dos décadas, unos 20 de ellos, e incluso en los que están lejos del Sol en el ambiente del espacio frío”, dice Jean. Manfroid de la Universidad de Lieja, Bélgica, que lidera el nuevo estudio sobre los cometas del Sistema Solar publicado hoy (19 de mayo de 2021) en Nature .
Este video comienza mostrando una animación del cometa C / 2016 R2 (PANSTARRS), que se realizó utilizando imágenes reales tomadas por el telescopio SPECULOOS en el Observatorio Paranal de ESO. Luego, el video se acerca a un cometa azul. En un nuevo estudio realizado con el instrumento UVES en el Very Large Telescope de ESO, un equipo ha detectado átomos de metales pesados en la atmósfera interna del cometa, un descubrimiento ilustrado al final del video. Allí vemos el espectro del cometa y en particular las líneas de hierro (Fe, azul) y níquel (Ni, naranja), que marcan la presencia de los dos elementos en la atmósfera del cometa.
Los astrónomos saben que existen metales pesados en los interiores polvorientos y rocosos de los cometas. Pero, debido a que los metales sólidos no suelen “sublimarse” (volverse gaseosos) a bajas temperaturas, no esperaban encontrarlos en las atmósferas de los cometas fríos que viajan lejos del Sol. Incluso se han detectado vapores de níquel y hierro en cometas observados a más de 480 millones de kilómetros del Sol, más de tres veces la distancia Tierra-Sol. 
La detección de níquel (Ni) en la atmósfera borrosa del cometa interestelar 2I / Borisov se ilustra en esta imagen, que muestra el espectro de luz del cometa en la parte inferior derecha superpuesto a una imagen real del cometa tomada con el Very Large de ESO. Telescopio (VLT) a finales de 2019. Las líneas de níquel se indican con rayas naranjas. El espectro se obtuvo con el instrumento X-shooter del Unit Telescope 2 (UT2, Kueyen) del VLT de ESO, que separa los haces de luz entrantes en sus longitudes de onda constituyentes (equivalentes a los colores). Con la capacidad de adquirir datos desde el infrarrojo cercano a las longitudes de onda ultravioleta simultáneamente, X-shooter es uno de los instrumentos ópticos más versátiles en uso. Crédito: ESO / L. Calçada / O. Hainaut, P. Guzik y M. Drahus
El equipo belga encontró hierro y níquel en las atmósferas de los cometas en cantidades aproximadamente iguales. El material de nuestro Sistema Solar, por ejemplo, el que se encuentra en el Sol y en los meteoritos, suele contener unas diez veces más hierro que níquel.
Por lo tanto, este nuevo resultado tiene implicaciones para la comprensión de los astrónomos del Sistema Solar temprano, aunque el equipo aún está decodificando cuáles son. “Los cometas se formaron hace unos 4.600 millones de años, en el muy joven Sistema Solar, y no han cambiado desde entonces. En ese sentido, son como fósiles para los astrónomos ”, dice el coautor del estudio Emmanuel Jehin, también de la Universidad de Lieja.
Esta animación muestra la visión de un artista de cómo se vería la superficie del cometa. Con tamaños que van desde unos pocos cientos de metros hasta algunos kilómetros, los cometas son objetos rocosos y helados relativamente pequeños. La nube alrededor del cometa, su atmósfera o coma, emerge cuando el cometa se acerca al Sol en su viaje a través del Sistema Solar. A medida que el cometa se calienta, el polvo y los materiales de la superficie de su núcleo se subliman, formando una especie de atmósfera muy fina. Crédito: ESO / M. Kornmesser
Si bien el equipo belga ha estado estudiando estos objetos «fósiles» con el VLT de ESO durante casi 20 años, no habían detectado la presencia de níquel y hierro en sus atmósferas hasta ahora. “Este descubrimiento pasó desapercibido durante muchos años”, dice Jehin.
El equipo utilizó datos del instrumento Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph (UVES) en el VLT de ESO, que utiliza una técnica llamada espectroscopia, para analizar las atmósferas de los cometas a diferentes distancias del Sol. Esta técnica permite a los astrónomos revelar la composición química de los objetos cósmicos: cada elemento químico deja una firma única, un conjunto de líneas, en el espectro de la luz de los objetos. 
Esta imagen muestra un cometa ubicado en los confines del Sistema Solar: el cometa C / 2016 R2 (PANSTARRS).
Como su nombre indica, el cometa fue descubierto en 2016 por los telescopios Pan-STARRS en Hawai’i. La nueva imagen que se ve aquí fue capturada por un proyecto basado en el Observatorio Paranal de ESO en Chile llamado Búsqueda de planetas habitables EClipsing ULtra-COOl Stars, o SPECULOOS para abreviar.
El equipo belga había detectado líneas espectrales débiles y no identificadas en sus datos UVES y, en una inspección más cercana, notó que estaban señalando la presencia de átomos neutros de hierro y níquel.
Una razón por la que los elementos pesados fueron difíciles de identificar es que existen en cantidades muy pequeñas: el equipo estima que por cada 100 kg de agua en la atmósfera de los cometas hay solo 1 g de hierro y aproximadamente la misma cantidad de níquel.
“Por lo general, hay 10 veces más hierro que níquel, y en esas atmósferas de cometas encontramos aproximadamente la misma cantidad de ambos elementos. Llegamos a la conclusión de que podrían provenir de un tipo especial de material en la superficie del núcleo del cometa, sublimando a una temperatura bastante baja y liberando hierro y níquel en aproximadamente las mismas proporciones ”, explica Damien Hutsemékers, también miembro del grupo belga. equipo de la Universidad de Lieja.
Esta película muestra cambios en la cola del cometa C / 2016 R2 (PANSTARRS).
Aunque el equipo aún no está seguro de qué material podría ser, los avances en astronomía, como el generador de imágenes y espectrógrafo ELT de infrarrojo medio (METIS) en el próximo Extremely Large Telescope (ELT) de ESO, permitirán a los investigadores confirman la fuente de los átomos de hierro y níquel que se encuentran en las atmósferas de estos cometas.
El equipo belga espera que su estudio allane el camino para futuras investigaciones. «Ahora la gente buscará esas líneas en sus datos de archivo de otros telescopios», dice Jehin. «Creemos que esto también dará lugar a nuevos trabajos sobre el tema».
Metales pesados interestelares
Otro estudio notable publicado hoy en Nature muestra que los metales pesados también están presentes en la atmósfera del cometa interestelar 2I / Borisov. Un equipo en Polonia observó este objeto, el primer cometa alienígena en visitar nuestro Sistema Solar, utilizando el espectrógrafo X-shooter del VLT de ESO cuando el cometa pasó volando hace aproximadamente un año y medio. Descubrieron que la atmósfera fría de 2I / Borisov contiene níquel gaseoso. 
Esta imagen fue tomada con el instrumento FORS2 en el Very Large Telescope de ESO a fines de 2019, cuando el cometa 2I / Borisov pasó cerca del Sol.
Dado que el cometa viajaba a una velocidad vertiginosa, alrededor de 175.000 kilómetros por hora, las estrellas de fondo aparecieron como rayas de luz mientras el telescopio seguía la trayectoria del cometa.
Los colores de estas rayas dan a la imagen un toque de discoteca y son el resultado de la combinación de observaciones en diferentes bandas de longitud de onda, resaltadas por los distintos colores de esta imagen compuesta.
“Al principio nos costó creer que el níquel atómico realmente pudiera estar presente en 2I / Borisov tan lejos del Sol. Fueron necesarias numerosas pruebas y comprobaciones antes de que finalmente pudiéramos convencernos a nosotros mismos ”, dice el autor del estudio Piotr Guzik de la Universidad Jagellónica de Polonia.
El hallazgo es sorprendente porque, antes de los dos estudios publicados hoy, los gases con átomos de metales pesados solo se habían observado en ambientes cálidos, como en las atmósferas de exoplanetas ultracalientes o cometas en evaporación que pasaban demasiado cerca del Sol. 2I / Borisov se observó cuando estaba a unos 300 millones de kilómetros del Sol, o aproximadamente el doble de la distancia Tierra-Sol.
Este video muestra la visión de un artista de cómo se vería la superficie del cometa.
Estudiar los cuerpos interestelares en detalle es fundamental para la ciencia porque contienen información invaluable sobre los sistemas planetarios alienígenas de los que se originan. “De repente comprendimos que el níquel gaseoso está presente en las atmósferas de los cometas en otros rincones de la Galaxia”, dice el coautor Michal Drahus, también de la Universidad Jagellónica.
Los estudios polacos y belgas muestran que los cometas 2I / Borisov y del Sistema Solar tienen aún más en común de lo que se pensaba. «Ahora imagina que los cometas de nuestro Sistema Solar tienen sus verdaderos análogos en otros sistemas planetarios, ¿qué tan genial es eso?» Drahus concluye.
