Próbki z asteroidy Ryugu po raz kolejny zaskoczyły naukowców, kwestionując wcześniejsze poglądy na temat powstawania asteroid bogatych w węgiel.
Nowe badania opublikowane w Postęp nauki sugeruje, że Ryugu mógł powstać w pobliżu Jupitera nie poza Saturnorbity, jak wykazały wcześniejsze badania. Cztery lata temu japońska misja Hayabusa 2 przywiozła na Ziemię próbki Ryugu. Naukowcy z Instytutu Badań Układu Słonecznego im. Maxa Plancka (MPS) w Niemczech porównali rodzaje niklu znalezione w tych próbkach z typowymi meteorytami bogatymi w węgiel. Ich odkrycia sugerują nową możliwość: różne asteroidy bogate w węgiel mogły powstać w tym samym regionie w pobliżu Jowisza, jednak w wyniku różnych procesów i w odstępie około dwóch milionów lat.
Globalna podróż próbek Ryugu
Ponieważ sonda Hayabusa 2 dostarczyła na Ziemię próbki Ryugu w grudniu 2020 r., materiał ten został dokładnie przeanalizowany. Drobne, kruczoczarne ziarna zostały początkowo zbadane w Japonii, a następnie przesłane do ośrodków badawczych na całym świecie. Tam naukowcy zmierzyli, zważyli i poddali analizie chemicznej próbki, poddając je testom w podczerwieni, promieniowaniu rentgenowskim i promieniowaniu synchrotronowemu. W MPS badacze skupili się na stosunkach izotopów metali, w tym niklu. Te badania izotopowe, które obejmują badanie pierwiastków o różnej liczbie neutronów, pomagają naukowcom określić, gdzie w Układzie Słonecznym prawdopodobnie powstał Ryugu.
Podróż Ryugu przez Układ Słoneczny
Ryugu to asteroida lecąca blisko Ziemi: jej orbita wokół Słońca przecina orbitę Ziemi (bez ryzyka kolizji). Naukowcy zakładają jednak, że podobnie jak inne planetoidy bliskie Ziemi, Ryugu nie pochodzi z wewnętrznego Układu Słonecznego, ale podróżował tam z pasa asteroid znajdującego się pomiędzy orbitami Mars i Jowisz. Rzeczywiste miejsca narodzin populacji pasa asteroid znajdują się prawdopodobnie jeszcze dalej od Słońca, poza orbitą Jowisza.
„Relacje rodzinne” Ryugu mogą pomóc rzucić światło na jego pochodzenie i dalszą ewolucję. W jakim stopniu Ryugu przypomina przedstawicieli znanych klas meteorytów? Są to fragmenty asteroid, które przedostały się z kosmosu na Ziemię.
Badania przeprowadzone w ostatnich latach przyniosły niespodziankę: Ryugu zgodnie z oczekiwaniami pasuje do dużego tłumu meteorytów bogatych w węgiel, chondrytów węglowych. Jednak szczegółowe badania jego składu przypisują go do rzadkiej grupy: tzw. chondrytów CI. Są one również znane jako chondryty typu Ivuna, nazwane na cześć miejsca w Tanzanii, gdzie znaleziono ich najbardziej znanego przedstawiciela. Oprócz samego chondrytu Ivuna odkryto dotychczas tylko osiem innych tych egzotycznych okazów. Ponieważ ich skład chemiczny jest podobny do składu Słońca, uważa się je za szczególnie dziewiczy materiał, który powstał na najbardziej zewnętrznej krawędzi Układu Słonecznego.
„Do tej pory zakładaliśmy, że miejsce pochodzenia Ryugu również znajduje się poza orbitą Saturna” – wyjaśnia naukowiec z MPS, dr Timo Hopp, współautor obecnego badania, który kierował już wcześniejszymi badaniami składu izotopowego Ryugu.
Najnowsze analizy naukowców z Getyngi rysują teraz inny obraz. Po raz pierwszy zespół zbadał proporcje izotopów niklu w czterech próbkach asteroidy Ryugu i sześciu próbkach chondrytów węglowych. Wyniki potwierdzają ścisły związek pomiędzy Ryugu i chondrytami CI. Jednak idea wspólnego miejsca narodzin na krańcach Układu Słonecznego nie jest już przekonująca.
Zmienione zrozumienie kosmicznych składników
Co się stało? Do tej pory badacze rozumieli chondryty węglowe jako mieszaniny trzech „składników”, które można było dostrzec nawet gołym okiem w przekrojach. Osadzone w drobnoziarnistej skale, gęsto upakowane są okrągłe, milimetrowe wtrącenia, a także mniejsze, o nieregularnym kształcie. Nieregularne wtrącenia są pierwszą materią, która skondensowała się w stałe grudki w dysku gorącego gazu, który kiedyś krążył wokół Słońca. Okrągłe, bogate w krzemiany chondry powstały później.
Do tej pory badacze przypisywali różnice w składzie izotopowym chondrytów CI i innych grup chondrytów węglowych różnym stosunkom zmieszania tych trzech składników. Na przykład chondryty CI składają się głównie ze skał drobnoziarnistych, podczas gdy ich rodzeństwo jest znacznie bogatsze w inkluzje. Jednak, jak zespół opisuje w aktualnej publikacji, wyniki pomiarów niklu nie mieszczą się w tym schemacie.
Obliczenia badaczy pokazują obecnie, że ich pomiary można wytłumaczyć jedynie czwartym składnikiem: maleńkimi ziarnami żelaza i niklu, które również musiały nagromadzić się podczas formowania się asteroid. W przypadku Ryugu i chondrytów CI proces ten musiał być szczególnie wydajny. „Przy tworzeniu się chondrytów Ryugu i CI z jednej strony oraz innych grup chondrytów węglowych z drugiej strony musiały zachodzić zupełnie inne procesy” – mówi Fridolin Spitzer z MPS, pierwszy autor nowego badania, podsumowując podstawowa idea.
Zaskakujące odkrycia w badaniach asteroid
Według naukowców pierwsze chondryty węglowe zaczęły powstawać około dwóch milionów lat po powstaniu Układu Słonecznego. Przyciągane przez siłę grawitacji wciąż młodego Słońca, pył i pierwsze stałe bryły przedostały się z zewnętrznej krawędzi dysku gazowo-pyłowego do wewnętrznego Układu Słonecznego, ale napotkały po drodze przeszkodę: nowo tworzącego się Jowisza.
Poza orbitą gromadziły się w szczególności cięższe i większe bryły, które w ten sposób przekształciły się w chondryty węglowe z licznymi inkluzjami. Pod koniec tego rozwoju, po około dwóch milionach lat, zwyciężył inny proces: pod wpływem Słońca pierwotny gaz stopniowo wyparowywał poza orbitą Jowisza, prowadząc do nagromadzenia się głównie pyłu i ziaren żelaza i niklu. Doprowadziło to do narodzin chondrytów CI.
„Wyniki bardzo nas zaskoczyły. Musieliśmy całkowicie przemyśleć – nie tylko w odniesieniu do Ryugu, ale także w odniesieniu do całej grupy chondrytów CI” – mówi dr Christoph Burkhard z MPS. Chondryty CI nie wydają się już odległymi, nieco egzotycznymi krewnymi innych chondrytów węglowych z najbardziej zewnętrznej krawędzi Układu Słonecznego, ale raczej młodszym rodzeństwem, które mogło powstać w tym samym regionie, ale w innym procesie i później.
„Bieżące badanie pokazuje, jak istotne mogą być badania laboratoryjne w rozszyfrowaniu historii powstawania naszego Układu Słonecznego” – mówi prof. dr Thorsten Kleine, dyrektor Wydziału Nauk Planetarnych w MPS i współautor badania.
Odniesienie: „Skład izotopowy Ni w Ryugu ujawnia wspólny obszar akrecji dla chondrytów węglowych” autorstwa Fridolin Spitzer, Thorsten Kleine, Christoph Burkhardt, Timo Hopp, Tetsuya Yokoyama, Yoshinari Abe, Jérôme Aléon, Conel M. O’D Alexander, Sachiko Amari , Yuri Amelin, Ken-ichi Bajo, Martin Bizzarro, Audrey Bouvier, Richard W. Carlson, Marc Chaussidon, Byeon-Gak Choi, Nicolas Dauphas, Andrew M. Davis, Tommaso Di Rocco, Wataru Fujiya, Ryota Fukai, Ikshu Gautam, Makiko K. Haba, Yuki Hibiya, Hiroshi Hidaka, Hisashi Homma, Peter Hoppe, Gary R. Huss, Kiyohiro Ichida, Tsuyoshi Iizuka, Trevor R. Ireland, Akira Ishikawa, Shoichi Itoh, Noriyuki Kawasaki, Noriko T. Kita, Kouki Kitajima, Shintaro Komatani, Alexander N. Krot, Ming-Chang Liu, Yuki Masuda, Mayu Morita, Fréderic Moynier, Kazuko Motomura, Izumi Nakai, Kazuhide Nagashima, Ann Nguyen, Larry Nittler, Morihiko Onose, Andreas Pack, Changkun Park, Laurette Piani, Liping Qin , Sara S. Russell, Naoya Sakamoto, Maria Schönbächler, Lauren Tafla, Haolan Tang, Kentaro Terada, Yasuko Terada, Tomohiro Usui, Sohei Wada, Meenakshi Wadhwa, Richard J. Walker, Katsuyuki Yamashita, Qing-Zhu Yin, Shigekazu Yoneda, Edward D. Young, Hiroharu Yui, Ai-Cheng Zhang, Tomoki Nakamura, Hiroshi Naraoka, Takaaki Noguchi, Ryuji Okazaki, Kanako Sakamoto, Hikaru Yabuta, Masanao Abe, Akiko Miyazaki, Aiko Nakato, Masahiro Nishimura, Tatsuaki Okada, Toru Yada, Kasumi Yogata , Satoru Nakazawa, Takanao Saiki, Satoshi Tanaka, Fuyuto Terui, Yuichi Tsuda, Sei-ichiro Watanabe, Makoto Yoshikawa, Shogo Tachibana i Hisayoshi Yurimoto, 27 września 2024 r., Postęp nauki.
DOI: 10.1126/sciadv.adp2426
