SPHEREx Re-Observation of Interstellar Object 3I/ATLAS in December 2025: Detection of Increased Post-Perihelion Activity, Refractory Coma Dust, and New Coma Gas Species

Resumen Técnico: Reobservación de SPHEREx del Objeto Interestelar 3I/ATLAS

Problema y Contexto
Tras las observaciones iniciales previas al perihelio en agosto de 2025, la misión SPHEREx de la NASA realizó una reobservación del objeto interestelar (ISO) 3I/ATLAS en diciembre de 2025. El objetivo principal fue caracterizar el estado post-perihelio del objeto, investigando específicamente los cambios en los niveles de actividad, la composición de la coma y las propiedades del polvo, mientras el objeto se alejaba del Sol pero permanecía dentro de la línea de hielo del sistema solar. Los datos previos de agosto indicaron un objeto dominado por granos de hielo y polvo de gran tamaño con una sublimación limitada de especies volátiles más allá del CO₂. Las observaciones de diciembre pretendían determinar si la onda térmica de la aproximación cercana del Sol (perihelio el 30 de octubre de 2025 a 1.35 UA) había penetrado en capas más profundas del objeto, desencadenando la sublimación de hielos más volátiles y alterando la morfología y la firma espectral de la coma.

Metodología
Entre el 8 y el 15 de diciembre de 2025, SPHEREx observó 3I/ATLAS a distancias heliocéntricas ($r_h$) de 2.0–2.2 UA y distancias geocéntricas ($\Delta$) de 1.809–1.845 UA. La misión utilizó sus capacidades de imagen espectrofotométrica a través de 102 canales espectrales discretos que cubren el rango de 0.75–5.0 $\mu$m con una resolución espectral ($R$) de 40–130.

La estrategia observacional consistió en 104 apuntamientos especiales con un tiempo de integración de 115 segundos por cuadro, centrando el objeto en los detectores con patrón de Campo de Visión Grande (LVF). El procesamiento de datos siguió el protocolo establecido de la campaña de agosto de 2025 (Lisse et al., 2025a,b):

1. Fotometría: Se colocó una apertura de radio de 2 píxeles en la ubicación del objeto para recolectar cuentas de la fuente.
2. Sustracción del Fondo: Las cuentas del fondo se derivaron de un anillo circundante y se restaron de la apertura de la fuente.
3. Análisis: Los datos agregados se analizaron para identificar características del continuo espectral, líneas de emisión de gas y morfología espacial. Las mediciones de flujo corregidas por geometría se graficaron contra el tiempo para evaluar la variabilidad temporal.

Resultados Clave

• Aumento de la Actividad y Sublimación: Las observaciones de diciembre revelaron un objeto significativamente más activo en comparación con agosto. La característica de emisión de gas de H₂O, apenas detectada en agosto, aumentó por un factor de ~40, alcanzando una tasa de producción ($Q_{gas, H2O}$) de $1.4 \pm 0.28 \times 10^{28}$ moléculas/seg. Esto indica que el hielo de agua se está sublimando completamente.
• Nuevas Especies de Gas:
  • CN: Se detectó una nueva línea de emisión a 0.925 $\mu$m, coincidente con el gas de CN.
  • Orgánicos (C-H): Las fuertes bandas de emisión entre 3.2–3.6 $\mu$m indican la presencia de abundantes orgánicos gaseosos (identificados como CH₃OH, H₂CO, CH₄ y/o C₂H₆), con una tasa de producción ($Q_{gas, organics}$) de $2.0 \pm 0.5 \times 10^{27}$ moléculas/seg.
  • CO: El flujo de monóxido de carbono aumentó ~80 veces desde agosto, con una tasa de producción ($Q_{gas, CO}$) de $7.6 \pm 1.5 \times 10^{27}$ moléculas/seg. Esto desplaza la abundancia de CO/CO₂ a ~2.5, un valor típico para cometas dominados por CO en el sistema solar.
  • CO₂: El flujo de CO₂ aumentó solo ligeramente (~2x) en comparación con agosto, lo que sugiere que esta especie ya estaba casi totalmente activa antes del perihelio.
• Continuo Espectral y Propiedades del Polvo: El continuo espectral pasó de un espectro de reflectancia dominado por el hielo (similar a los Objetos del Cinturón de Kuiper) a uno dominado por la luz dispersada (0.75–3.0 $\mu$m) y la emisión térmica (4–5 $\mu$m) de polvo organo-silíceo. La amplia característica de absorción de H₂O-hielo desapareció en gran medida, reemplazada por firmas de granos de polvo que han perdido sus mantos de hielo. El continuo de luz dispersada es significativamente más azul que el polvo zodiacal, lo que sugiere la presencia de carbono amorfo y polvo rico en olivino.
• Morfología:
  • Comas de Gas: Las comas de CO₂ y CO son circularmente simétricas, lo que sugiere una fuente centrada en el núcleo.
  • Comas de Polvo y Volátiles: Las comas de polvo, H₂O, CN y orgánicos (C-H) exhiben una morfología de forma de pera con el "tallo" apuntando hacia el Sol, distinta de las comas de gas simétricas. Esto sugiere que estas especies se originan en los granos de polvo en lugar de provenir directamente del núcleo.
  • Estructura de la Cola: No se observaron chorros (jets) evidentes ni colas de polvo dominadas por la presión de radiación en dirección antisol, lo que implica la presencia de granos de polvo grandes (escala de mm a dm).
• Estabilidad Temporal: Las mediciones del flujo del continuo en 1.0–1.5 $\mu$m no mostraron variabilidad superior al 20% durante el período de observación (8–15 de diciembre).

Significancia e Interpretación
El artículo postula que 3I/ATLAS ha transitado hacia un cuerpo cometario plenamente activo, sublimando todos sus componentes de hielo, incluyendo el agua, que en agosto estaba demasiado frío para sublimarse. Los autores atribuyen este cambio a la onda térmica del paso cercano del Sol por el perihelio, que penetró las capas superficiales del objeto (profundidad de alteración estimada ~10 m), exponiendo material profundo y no procesado.

Los cambios en la composición observados —específicamente las altas proporciones de CO-a-H₂O (0.55) y CO₂-a-H₂O (0.23), así como la proporción total de [CO+CO₂]-a-H₂O de 0.78— sugieren que el gas se produce a partir de fases de hielo ricas en CO, así como de fases con impurezas de H₂O. Los autores señalan que la alta abundancia de orgánicos respecto al agua ($Q_{Organics}/Q_{H2O} = 0.14$) y la aparición de las características de CN y C-H sugieren que estas especies ricas en carbono estaban contenidas dentro de las fases de H₂O o atrapadas debajo de ellas.

El artículo concluye que el material que compone 3I/ATLAS ha cambiado fundamentalmente de un reflector dominado por el hielo a un emisor dominado por el polvo de bajo albedo. Aunque los autores reconocen una tensión respecto al tamaño de los "granos de polvo de hielo" necesarios para explicar los datos de agosto frente a la profundidad de penetración térmica necesaria para explicar los de diciembre, sostienen que los datos actuales respaldan un modelo donde el material de la matriz del cometa se está evaporando, liberando el inventario completo de los constituyentes del objeto. Estos hallazgos alinean la composición de 3I/ATLAS con la de los cometas de largo periodo del sistema solar.

Trabajo Futuro
Los autores declaran que las mediciones espectrofotométricas reportadas son preliminares. Se planea un análisis más exhaustivo antes del próximo paso del objeto a través del patrón de sondeo de SPHEREx en abril de 2026.