Нові дані підтверджують народження астероїда Рюгу поблизу Юпітера

Зразки з астероїда Рюгу знову здивували вчених, поставивши під сумнів попередні уявлення про те, як утворюються багаті вуглецем астероїди. Нове дослідження, опубліковане в Science Advances, свідчить про те, що Рюгу міг сформуватися поблизу Юпітера, а не за орбітою Сатурна, як показали попередні дослідження. Чотири роки тому японська місія Hayabusa 2 повернула на Землю зразки Рюгу.

Дослідники з Інституту дослідження сонячної системи імені Макса Планка (MPS) у Німеччині порівняли типи нікелю, знайдені в цих зразках, із типовими багатими вуглецем метеоритами. Їх знахідки свідчать про нову можливість: різні багаті вуглецем астероїди могли сформуватися в тому самому регіоні поблизу Юпітера, хоча в результаті різних процесів і приблизно через два мільйони років.

Глобальна подорож зразків Рюгу

Після того як зонд Hayabusa 2 доставив зразки Рюгу на Землю в грудні 2020 року, матеріал був ретельно проаналізований. Крихітні чорні як смола крупинки спочатку досліджували в Японії, а потім відправляли в дослідницькі установи по всьому світу. Там вчені вимірювали, зважували та хімічно аналізували зразки, піддаючи їх інфрачервоному, рентгенівському та синхротронному випромінюванню. У MPS дослідники зосередилися на співвідношеннях ізотопів металів, включаючи нікель. Ці ізотопні дослідження, які передбачають вивчення елементів з різною кількістю нейтронів, допомагають вченим визначити, де в Сонячній системі ймовірно утворився Рюгу.

Подорож Рюгу Сонячною системою

Рюгу — навколоземний астероїд: його орбіта навколо Сонця перетинає орбіту Землі (без ризику зіткнення). Однак дослідники припускають, що, як і інші навколоземні астероїди, Рюгу не є рідним для внутрішньої Сонячної системи, а потрапив туди з поясу астероїдів, розташованого між орбітами Марса та Юпітера. Справжні місця народження населення поясу астероїдів, ймовірно, ще далі від Сонця, поза орбітою Юпітера.

«Сімейні відносини» Рюгу можуть допомогти пролити світло на його походження та подальшу еволюцію. Наскільки Рюгу схожий на представників відомих класів метеоритів? Це уламки астероїдів, які потрапили з космосу на Землю.

Дослідження останніх років принесли сюрприз: Рюгу вписується у велику групу багатих вуглецем метеоритів, вуглецевих хондритів, як і очікувалося. Однак детальні дослідження його складу відносять його до рідкісної групи: так званих ХІ-хондритів. Вони також відомі як хондрити типу Івуна, названі на честь місця в Танзанії, де було знайдено їх найвідомішого представника. Крім самого хондрита Івуни, на сьогодні виявлено лише вісім інших екзотичних зразків. Оскільки їхній хімічний склад подібний до складу Сонця, вони вважаються особливо незайманим матеріалом, який утворився на самому віддаленому краю Сонячної системи.

«Поки що ми припускали, що місце походження Рюгу також знаходиться за межами орбіти Сатурна», — пояснює вчений MPS доктор Тімо Хопп, співавтор поточного дослідження, який уже проводив попередні дослідження ізотопного складу Рюгу.

Останні аналізи вчених з Геттінгена малюють іншу картину. Команда вперше дослідила співвідношення ізотопів нікелю в чотирьох зразках астероїда Рюгу і шести зразках вуглецевих хондритів. Результати підтверджують тісний зв’язок між Рюгу та хондритами CI. Однак ідея спільного місця народження на краю Сонячної системи більше не є переконливою. 

Переглянуте розуміння космічних інгредієнтів

Що сталося? До цього часу дослідники вважали вуглисті хондрити сумішшю трьох «інгредієнтів», які навіть можна побачити неозброєним оком у поперечних розрізах. Впроваджені в дрібнозернисту породу круглі включення міліметрового розміру, а також менші включення неправильної форми щільно упаковані разом. Нерегулярні включення є першим матеріалом, який конденсувався у тверді згустки в гарячому газовому диску, який колись обертався навколо Сонця. Круглі силікатні хондри утворилися пізніше.

До цього часу дослідники пояснювали відмінності в ізотопному складі між хондритами CI та іншими групами вуглецевих хондритів різним співвідношенням змішування цих трьох інгредієнтів. Хондрити CI, наприклад, складаються переважно з дрібнозернистої породи, тоді як їхні побратими значно багатші на включення. Однак, як команда описує в поточній публікації, результати вимірювань нікелю не вписуються в цю схему.

Розрахунки дослідників тепер показують, що їхні вимірювання можна пояснити лише четвертим інгредієнтом: крихітними залізо-нікелевими зернами, які також повинні були накопичуватися під час формування астероїдів. У випадку з Рюгу та хондритами CI цей процес мав бути особливо ефективним. «Зовсім інші процеси, мабуть, відбувалися у формуванні хондритів Рюгу та CI з одного боку та інших груп вуглецевих хондритів з іншого», — говорить Фрідолін Шпіцер з MPS, перший автор нового дослідження.

Дивовижні відкриття в дослідженні астероїдів

За словами дослідників, перші вуглецеві хондрити почали формуватися приблизно через два мільйони років після утворення Сонячної системи. Притягнуті силою тяжіння ще молодого Сонця, пил і перші тверді згустки пройшли шлях від зовнішнього краю газопилового диска до внутрішньої Сонячної системи, але на цьому шляху зіткнулися з перешкодою: щойно сформованим Юпітером.

За межами його орбіти важчі та більші згустки накопичувалися, і таким чином вони перетворювалися на вуглецеві хондрити з багатьма включеннями. Ближче до кінця цього розвитку, приблизно через два мільйони років, переважав інший процес: під впливом Сонця вихідний газ поступово випаровувався за межі орбіти Юпітера, що призводило до накопичення переважно пилу та залізо-нікелевих частинок. Це призвело до народження хондритів CI.

«Результати нас дуже здивували. Нам довелося повністю переосмислити – не тільки щодо Рюгу, але й щодо всієї групи хондритів CI», – говорить доктор Крістоф Буркхард з MPS. Хондрити CI більше не виглядають як далекі, дещо екзотичні родичі інших вуглецевих хондритів із зовнішнього краю Сонячної системи, а радше як молодші брати й сестри, які, можливо, утворилися в тому самому регіоні, але через інший процес і пізніше.

«Поточне дослідження показує, наскільки критично важливими можуть бути лабораторні дослідження для розшифровки історії формування нашої Сонячної системи», — каже професор, доктор Торстен Кляйне, директор Департаменту планетарних наук MPS і співавтор дослідження.