Новое исследование, опубликованное в журнале Science Advances, бросает вызов предыдущим представлениям о происхождении астероида Рюгу. Ранее считалось, что Рюгу образовался за пределами орбиты Сатурна, но теперь исследователи предполагают, что он мог образоваться вблизи Юпитера.
Исследователи из Института Макса Планка по исследованию солнечной системы (MPS) сравнили типы никеля, обнаруженные в образцах Рюгу, доставленных на Землю японским космическим зондом Hayabusa 2, с типами никеля в метеоритах, богатых углеродом. Результаты показывают, что Рюгу и углеродистые хондриты, редкая группа метеоритов, богатых углеродом, имеют тесную связь и, возможно, образовались в одном и том же регионе недалеко от Юпитера.
Исследователи обнаружили, что соотношения изотопов никеля в образцах Рюгу и хондритов CI не соответствуют предыдущим представлениям о смешивании трёх «ингредиентов» в составе хондритов CI. Вместо этого, они предполагают, что четвёртый «ингредиент», зёрна железа и никеля, должен был накапливаться во время формирования астероидов.
По словам исследователей, первые углеродистые хондриты начали формироваться примерно через два миллиона лет после образования Солнечной системы, а хондриты CI образовались позже, примерно через два миллиона лет после этого. Это означает, что хондриты CI не являются родственниками других углеродистых хондритов, а скорее более молодыми братьями и сёстрами, которые могли образоваться в том же регионе, но в результате другого процесса.
«Результаты нас очень удивили. Нам пришлось полностью переосмыслить ситуацию — не только в отношении Рюгу, но и в отношении всей группы хондритов CI», — говорит доктор Кристоф Буркхард из MPS. Исследование подчёркивает важность лабораторных исследований для расшифровки истории формирования нашей Солнечной системы.
С декабря 2020 года, когда образцы астероида Рюгу были доставлены на Землю, несколько граммов материала прошли через много исследований. После первоначальных исследований в Японии некоторые из фрагментов отправились в исследовательские центры по всему миру. Там их измеряли и подвергали воздействию инфракрасного, рентгеновского и синхротонного излучения, среди прочего. В MPS исследователи изучают соотношения определённых изотопов металлов в образцах, как в текущем исследовании. Учёные называют изотопами варианты одного и того же элемента, которые отличаются только количеством нейтронов в ядре. Исследования такого рода могут помочь понять, где в Солнечной системе образовался Рюгу.
Рюгу — околоземной астероид. Его орбита вокруг Солнца пересекает орбиту Земли без риска столкновения. Однако исследователи предполагают, что, как и другие околоземные астероиды, Рюгу не является «коренным жителем» внутренней части Солнечной системы, а прибыл туда из пояса астероидов, расположенного между орбитами Марса и Юпитера. Фактические места рождения популяции пояса астероидов, вероятно, находятся ещё дальше от Солнца, за пределами орбиты Юпитера.
«Родственные связи» Рюгу могут помочь пролить свет на его происхождение и дальнейшую эволюцию. Исследования последних лет преподнесли сюрприз: Рюгу вписывается в большую группу метеоритов, богатых углеродом, углеродистых хондритов, как и ожидалось. Однако детальные исследования его состава относят его к редкой группе: так называемым хондритам CI. Они также известны как хондриты типа Ivuna, названные в честь танзанийского места, где был найден их самый известный представитель.
Помимо самого хондрита Ivuna, на сегодняшний день обнаружено всего восемь других таких экзотических образцов. Они считаются особенно чистым материалом, который образовался на самом внешнем краю Солнечной системы.
«До сих пор мы предполагали, что место происхождения Рюгу также находится за пределами орбиты Сатурна», — объясняет ученый MPS доктор Тимо Хопп, соавтор текущего исследования, который уже руководил предыдущими исследованиями изотопного состава Рюгу.
Последние анализы учёных из Геттингена теперь рисуют другую картину. Впервые команда исследовала соотношения изотопов никеля в четырёх образцах Рюгу и шести образцах углеродистых хондритов. Результаты подтверждают тесную связь между Рюгу и хондритами CI. Однако идея общего места рождения на краю Солнечной системы больше не является убедительной.
До сих пор исследователи предполагали, что углеродистые хондриты представляют собой смеси трёх «ингредиентов», которые можно увидеть даже невооружённым глазом в поперечных сечениях. Вкраплённые в мелкозернистую породу круглые включения размером с миллиметр, а также более мелкие включения неправильной формы плотно расположены вместе. Неправильные включения являются первым материалом, который конденсировался в твёрдые комки в горячем газовом диске, который когда-то вращался вокруг Солнца. Круглые, богатые силикатом хондры образовались позже.
До сих пор исследователи приписывали различия в изотопном составе между хондритами CI и другими группами углеродистых хондритов разным соотношениям смешивания этих трёх ингредиентов. Например, хондриты CI состоят преимущественно из мелкозернистой породы, тогда как их «собратья» значительно богаче включениями. Однако, как описывает группа в текущей публикации, результаты измерений никеля не вписываются в эту схему.
Расчёты исследователей теперь показывают, что их измерения можно объяснить только четвёртым ингредиентом: зёрнами железа и никеля, которые также должны были накапливаться во время формирования астероидов. В случае Рюгу и хондритов CI этот процесс должен был быть особенно эффективным.
«При формировании Рюгу и хондритов CI, с одной стороны, и других групп углистых хондритов, с другой, должны были действовать совершенно разные процессы», — говорит Фридолин Шпитцер из MPS, главный автор исследования, резюмируя основную идею.
По словам исследователей, первые углеродистые хондриты начали формироваться примерно через два миллиона лет после образования Солнечной системы. Притянутые гравитационной силой ещё молодого Солнца, пыль и первые твёрдые фрагменты прокладывали путь от внешнего края газопылевого диска во внутреннюю часть Солнечной системы, но на своём пути встретили препятствие: недавно образовавшийся Юпитер. За пределами его орбиты накапливались, в частности, более тяжёлые и крупные фракции и таким образом превращались в углеродистые хондриты с их многочисленными включениями. К концу этого процесса, примерно через два миллиона лет, верх одержал другой процесс: под воздействием солнца исходный газ постепенно испарялся за пределами орбиты Юпитера, что приводило к накоплению в основном пыли и железо-никелевых зёрен. Это привело к рождению хондритов CI.
Хондриты CI больше не выглядят как далёкие, несколько экзотические родственники других углеродистых хондритов с самых дальних границ Солнечной системы, а скорее как более молодые «братья и сёстры», которые могли образоваться в том же регионе, но в результате другого процесса и позже.
«Текущее исследование показывает, насколько важны лабораторные исследования для расшифровки истории формирования нашей Солнечной системы», — говорит профессор Торстен Кляйне, директор Департамента планетарных наук в MPS и соавтор исследования.