Наблюдения вспышек яркости комет с выбросом пылевых частиц на расстояниях 10-40 а.е. от Солнца, где из-за низких температур сублимация паров воды и газов практически невозможна стимулировали поиск возможных "взрывных" механизмов увеличения яркости с быстрым выделением энергии. В предложенных гипотезах в качестве возможного источника энергии рассматривался фазовый переход аморфного льда в кристаллический и сублимация СО льда. Однако, оба этих процесса неэффективны на таких расстояниях, так как переход аморфный/кристаллический лед невозможен при температурах ниже 120К , а скорость сублимации льда СО на расстояниях более 15 а.е. настолько мала , что не может обеспечить выброс пылевых частиц. Поверхностные слои кометных ядер постоянно облучаются протонами галактических космических лучей (ГКЛ), которые производят ионы и радикалы в веществе кометы. В работе (Pavlov et al., 2022) на основе проведенных нами экспериментов по облучению водяного льда при низких температурах (T=80-100К) протонами и электронами высоких энергий с дозами облучения до 10МГр была показана возможность накопления высоких концентраций радикалов во льду с последующим быстрым выделением энергии за счёт рекомбинации при подъеме температуры на несколько градусов. Нами была разработана модель кометной вспышки (Pavlov et al., 2022) за счёт аккумуляции энергии облучения ГКЛ в поверхностных слоях кометных ядер, которая хорошо описывает наблюдаемые характеристики вспышек (энергия, масса выброса и время развития вспышки). Проведенные нами расчёты показывают, что такие события могут происходить даже в облаке Оорта при температурах ~10К и представлять значительный интерес , с точки зрения воздействия на стабильность орбит комет в облаке.
В настоящем проекте мы предполагаем развить экспериментальные исследования с дозами облучения до 10МГр в область более низких температур с использованием жидкого гелия и при различных составах облучаемых образцов , включая вмороженные в водяной лед газовые, органические и минеральные компоненты имитирующие сложный состав вещества комет. Последнее необходимо для учёта образования и рекомбинации различных типов радикалов. Мы также планируем развить модель вспышек с учётом различных факторов, присутствующих в реальных кометных ядрах (аморфизация льда под действием облучения, неоднородность состава и теплопроводности льда и т.п.)
Модель накопления энергии при облучении с последующим её быстрым выделением мы также планируем применить к возможным процессам на более крупных телах : тела пояса Койпера, где наблюдались выбросы аналогичные кометным вспышкам, а также к Энцеладу и Европе. При этом предполагается учесть не только аккумуляцию энергии от современного потока ГКЛ , но и от от возможных вспышек близких Сверхновых с более жестким спектром КЛ и большей глубиной ионизации, а также распада долгоживущих радионуклидов (40K,U,Th). Предварительные оценки показывают, что накопление высоких концентраций радикалов при последующей рекомбинации может приводить к выделению энергии ~10ГВт в течение миллиона лет достаточному для поддержания большого бассейна жидкой воды под поверхностью Энцелада, источник энергии для существования которого является активно обсуждаемой проблемой в течение последних лет. Этот процесс может также играть существенную роль для наблюдаемых выбросов водяного пара на Европе. Планируемые исследования активных процессов в ледяных телах являются новыми и оригинальными и направлены на решение актуальных проблем широко обсуждаемых в настоящее время .
Pavlov et al., Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 511, Issue 4, April 2022, Pages 5909–5914, https://doi.org/10.1093/mnras/stac497
