重水风味引发科学关注
哈勃望远镜拍摄的星际彗星3IATLAS图像，该图像被用于相关研究。图片来源：美国国家航空航天局（NASA）、欧洲航天局（ESA）、D。朱维特（加州大学洛杉矶分校）；图像处理：J。德帕斯夸莱（太空望远镜科学研究所）
越来越多关于3IATLAS的细节正随着科学研究的深入而逐步揭示。这颗人类迄今确认的第三颗星际天体，自被发现以来便吸引了全球多台最先进望远镜的关注；部分望远镜观测到其同位素组成存在异常。日本理化学研究所前沿研究本所的KenjiFuruya及其合作者在一篇提交至《天体物理学杂志通讯》（TheAstrophysicalJournalLetters）的新论文（已发布于arXiv预印本平台）中指出，这种同位素差异很可能源于3IATLAS诞生地——即其母恒星形成区——的低金属丰度特性。
部分奇特的星际尘埃以碳的形式存在，而碳在有机化学中至关重要，同样也存在于星际天体2I鲍里索夫（
弗雷泽谈到了3IATLAS背后的许多科学内容。
科学家在3I鲍里索夫彗星（原称3IATLAS）中发现的另一种异常同位素特征是水的同位素组成。氢元素存在一种重同位素，称为氘，其原子核中除一个质子外还含有一个中子。当天文学家测定该彗星所含水中氘与氢的比值时，发现其数值约为1％。相比之下，太阳系内典型彗星的这一比值仅为0。015％至0。03％，这表明这颗星际访客所携带的重水比例显著高于太阳系内任何已知天体。
这些同位素差异是什么原因造成的呢？科学家们长期以来认为，高碳12与碳13的比率是由于在低金属环境中形成。然而，根据论文的说法，这种DH比率也可以由这种起源故事来解释。为了证明他们的观点，研究人员模拟了水冰的完整生命周期——从它在星际云中形成，到它坍缩成一团气体和尘埃，最终形成一颗恒星。最重要的是，它模拟了生命循环中的一个特定步骤，这个步骤发生在星际空间的深处。
在星际空间的真空环境中，星际气体的温度仅约为10开尔文（263℃），远低于常规化学反应所需的温度。其中一种典型的化学反应称为氘富集——即论文中所称的氘同位素分馏，在深空环境中，该过程仅能依赖于能量差异而发生。
氘分馏是由宇宙射线轰击气体并形成三原子氢离子（H₃⁺）所驱动的。这些离子随后偶尔与氘代氢分子（HD）发生碰撞，生成H₂D⁺、普通H₂以及少量多余的能量。在如此低温的环境下，这一通常可逆的反应缺乏足够能量将H₂D⁺重新转化回中性的惰性HD分子，从而实质上将氘困在一种更不稳定的形态中。
氢氘离子分子最终被电子撞击，分解为原子态的氘，这些原子态的氘随后与氧原子结合，形成重水，其比例远高于我们太阳系中预期的水平。
由于其形成环境金属丰度较低，导致了此次氘元素的爆发，主要原因有三点。首先是该区域内的二氧化碳分子较少。二氧化碳会破坏H2D，因此二氧化碳含量较低意味着H2D能够更长时间地存活，从而促进原子氘的生成。
弗雷泽就3IATLAS举行问答环节
第二是缺乏氢雨。在富含金属的环境中，紫外线光子会将水分解为OH和H，产生大量的原子氢，从而稀释氘氚比。在金属贫乏的环境中，水分解得较少，意味着该区域被原子氢冲刷得较少，因此氘氚比相对较高。
第三是宇宙射线电离率相对较低。在富含高能宇宙射线的气体云中，过剩的能量足以驱动化学反应，使原本形成的H₂D⁺重新转化为更稳定的HD分子，从而降低可用于解离生成原子氘的H₂D⁺丰度。而较低的宇宙射线能量意味着供给该逆向化学反应的能量减少，因而有助于维持较高的氘丰度。
随着越来越多的科学论文发表，讨论3IATLAS的各种细节，我们更加明确这位星际访客为我们提供了近距离观察太阳系早期环境的机会。虽然我们很幸运能够在那时对它进行研究，但现在它已经超出了我们的观测范围。下一位星际访客可能具有相同的氘化和碳同位素特征，也可能不同，但无论如何，我们都应抓住每一次机会研究这些独特的银河历史窗口。
藤谷健等人研究发现，星际天体3IATLAS的水分子氘氢比值较高，这与低金属丰度起源相符
新研究揭示星际彗星3IATLAS形成于一个比我们太阳系更寒冷的系统
氘在彗星中的含量揭示了有趣的科学故事
得克萨斯大学化学揭示星际彗星的起源
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BY: Andy Tomaswick
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参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3.原文来自： https://www.universetoday.com/articles/3iatlas-has-an-extreme-taste-for-heavy-water
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