Twee asteroïden (203 Pompeja en 269 Justitia) zijn ontdekt met een roder spectrum dan enig ander object in de asteroïdengordel tussen Mars en Jupiter. De ontdekking werd geleid door HASEGAWA Sunao, Associate Senior Onderzoeker bij ISAS JAXA, met een internationaal team van onderzoekers van MIT, de Universiteit van Hawaï, Nationale Universiteit van Seoul, Universiteit van Kyoto en het Laboratoire d'Astrophysique de Marseille

Deze twee asteroïden hebben een steilere spectrale helling dan de D-type asteroïden, waarvan werd gedacht dat het de roodste objecten in de asteroïdengordel waren. Liever, hun spectra lijken op die van trans-Neptuniaanse objecten en Centauren in het buitenste zonnestelsel die een zeer rood spectrum hebben.

Spectroscopische waarnemingen suggereren de aanwezigheid van complexe organische materie op het oppervlak van deze asteroïden. Het is mogelijk dat deze objecten nabij de buitenrand van het zonnestelsel zijn gevormd en tijdens de vroege stadia van de vorming van het zonnestelsel naar de asteroïdengordel zijn gemigreerd. Deze ontdekking levert daarom nieuw bewijs dat planetesimalen die aan de buitenrand van het zonnestelsel zijn gevormd, zijn verplaatst naar de asteroïdengordel binnen de baan van Jupiter.

De resultaten van dit onderzoek zijn gepubliceerd in de Astrofysische journaalbrieven , een wetenschappelijk tijdschrift van de American Astronomical Society (AAS), op 26 juli, 2021.

Achtergrond

De interne structuur van een grote planeet zoals de aarde is gedifferentieerd in de kern, mantel en korst. Echter, zulke gedifferentieerde lichamen die de meeste informatie over hun vorming verloren voorafgaand aan differentiatie die plaatsvond tijdens de vroege stadia van de vorming van het zonnestelsel. Voor informatie over die tijd, we moeten ongedifferentieerde (primitieve) objecten onderzoeken. Van sommige meteorieten die op aarde zijn geland, wordt gedacht dat ze uit primitieve kleine lichamen zoals asteroïden zijn weggeslingerd. Gewone chondrietmeteorieten en koolstofhoudende chondrietmeteorieten zijn typische voorbeelden. Men denkt dat gewone chondrieten zijn afgeleid van hemellichamen die zijn gevormd in het binnenste gebied van het zonnestelsel, binnen de waterijs-sneeuwgrens, terwijl men denkt dat koolstofhoudende chondrieten zijn gevormd in het buitenste gebied voorbij de waterijs-sneeuwgrens.

Het is bekend dat dergelijke primitieve objecten het grootste deel van de asteroïdengordel innemen (tussen 2,1 en 3,3 astronomische eenheden, AU) die zich in het zonnestelsel bevindt tussen Mars (op 1,5 au) en Jupiter (5,2 au). Asteroïden die overeenkomen met de gewone chondrietmeteorieten op aarde worden S-type asteroïden genoemd, en een monster van een lid van deze S-type klasse, asteroïde 25143 Itokawa, werd door de Hayabusa (MUSES-C) naar de aarde teruggebracht. De asteroïden waarvan wordt aangenomen dat ze overeenkomen met koolstofhoudende chondrieten-meteorieten staan ​​bekend als asteroïden van het C-type en het monster van asteroïde 162173 Ryugu dat door het Hayabusa2-ruimtevaartuig is teruggestuurd, is een voorbeeld van deze asteroïdeklasse.

De verdeling van S/C-type asteroïden binnen de asteroïdengordel heeft een groot aandeel S-type asteroïden in het binnenste deel van de asteroïdengordel, terwijl het aandeel van de asteroïde van het C-type toeneemt naar de buitenrand toe. Deze regeling wordt verwacht, maar het is geen "scherpe" verdeling, maar eerder "wazig". De waarneming van deze verdeling wordt beschouwd als bewijs dat asteroïden in radiale richting door het zonnestelsel zijn bewogen en zich hebben gemengd tijdens de vorming van de asteroïdengordel die we vandaag zien.

Verder in het zonnestelsel bevinden zich de asteroïden van het D-type. Net buiten de asteroïdengordel bevindt zich een groep kleine lichamen die bekend staat als de Cybeles (3,3 tot 3,7 au), die voornamelijk bestaan ​​uit asteroïden van het D-type. D-type asteroïden vormen ook de helft van de populatie objecten in de verder weg gelegen Hilda-groep (3,7-4,2 au) en die van de Jupiter Trojans (ongeveer 5,2 au). De Tagish Lake-meteoriet wordt beschouwd als een D-type-gerelateerde meteoriet en de analyse suggereert dat het de meest primitieve van de koolstofhoudende chondrieten is. Van asteroïden van het D-type is ook bekend dat ze een spectra hebben die vergelijkbaar zijn met die van kometen, waarvan bekend is dat ze veel vluchtige componenten bevatten, zoals water en koolstofdioxide. Afgaande op de Tagish meteorietanalyse en komeetobservatieresultaten, men denkt dat asteroïden van het D-type zijn gevormd voorbij de kooldioxide-sneeuwlijn, waar koolstofdioxide vaste deeltjes vormde (evenals waterijs).

Kijkend naar de buitenrand van het zonnestelsel rond Neptunus, er zijn veel trans-Neptuniaanse en Centaur-objecten die lijken op de asteroïden van de asteroïdengordel. Sommige van deze objecten zijn als kometen in de buurt van de aarde gekomen, maar de vraag is gebleven of er objecten in de asteroïdengordel zijn die zijn gemigreerd van verder weg waar de asteroïden van het D-type werden gevormd tijdens de vroege stadia van de vorming van het zonnestelsel.

Onderzoeksresultaten

In de asteroïdengordel, Van asteroïden met een diameter van meer dan ~ 100 km wordt algemeen aangenomen dat ze catastrofale vernietiging hebben vermeden en wordt aangenomen dat ze de overlevende populatie zijn van de planetesimalen die zich vroeg in de vorming van het zonnestelsel hebben gevormd. Ons internationale onderzoeksteam voerde daarom een ​​spectroscopisch onderzoek uit van asteroïden met een diameter van ~ 100 km of meer in de asteroïdengordel om nabij-infrarood spectroscopische gegevens te verkrijgen voor objecten die geen eerder verkregen waarnemingsgegevens hebben om de verdeling van de planetesimalen en de samenstelling bloot te leggen van dergelijke objecten tijdens de vorming van de asteroïdengordel.

In het spectroscopische onderzoek, we ontdekten dat 203 Pompeja, met een diameter van 110 km, heeft een spectrum dat roder is dan zelfs dat van de asteroïden van het D-type (Figuur 1). Verder, onderzoek van eerdere waarnemingen bracht aan het licht dat 269 Justitia, met een diameter van 55 km en waarvan het zeer rode spectrum eerder was opgenomen, heeft een roodheid vergelijkbaar met die van 203 Pompeja (Fig. 1).

In de linker figuur, de typische spectra van momenteel bekende Near-Earth asteroïden, asteroïdengordel asteroïden en Trojaanse asteroïden die donkere asteroïden zijn met een albedo (absolute reflectie) van 0,1 of minder worden vergeleken met de spectra van 203 Pompeja en 269 Justitia. Asteroïde 162173 Ryugu is een asteroïde van het C-type, terwijl Bennu (bestemming van NASA's OSIRIS-REx-missie) een B-type is. D-type asteroïden hebben de roodste spectra van de asteroïden en zijn overvloedig aanwezig in de Trojaanse bevolking. Je kunt zien dat 203 Pompeja en 269 Justitia roder zijn dan zelfs de roodste D-type asteroïde.

De figuur rechts is een vergelijking van de donkere ijzige manen, Centauren en objecten aan de buitenrand van het zonnestelsel met een albedo van 0,1 of minder, met 203 Pompeja en 269 Justitia. Het is te zien dat 203 Pompeja en 269 Justitia vergelijkbare spectra hebben als deze trans-Neptuniaanse objecten.

Asteroïden met een zeer rood spectrum, zoals 203 Pompeja en 269 Justitia, zijn niet eerder gevonden in de asteroïdengordel, Cybele, Hilda of Jupiter Trojaanse groepen. Maar als we naar de buitenrand van het zonnestelsel kijken, Van deze verre hemellichamen en Centauren is bekend dat ze vergelijkbare of zelfs rodere spectra hebben. De spectroscopische vergelijking onthulde dat 203 Pompeja en 269 Justitia vergelijkbare spectrale kenmerken delen met de hemellichamen van het buitenste zonnestelsel en die van de Centauren (Fig. 1).

Eerdere studies hebben gewezen op de oppervlakken van de trans-Neptuniaanse objecten en Centauren, die een rodere spectra hebben dan de asteroïden van het D-type, bedekt met complexe organische stof. These two objects in the asteroid belt may therefore also be covered with organic matter.

Scientific significance of this research

The surface of trans-Neptunian objects and Centaurs are covered with complex organics, which are thought to be produced from simple organic compounds such as methane and methanol ice.

Anderzijds, the analysis of meteorites thought to correspond to the D-type asteroids suggests that D-type asteroids formed further out than the carbon dioxide snow line.

The three snow lines related to this work are the water ice snow line, the carbon dioxide snow line and the organic compound snow line, and are located steadily further from the sun in this order.

Let's now look at the evolution of planetesimals from the perspective of the solar system formation model. In the classical solar system formation model, the planets did not move from their location during the early stages of formation to the present day. Echter, more recent models suggest that the movement of planets such as Jupiter in the early solar system caused the gravitational field to shift and mixing to occur.

Combining the idea of the snow lines with the latest solar system formation model, the following can be supposed:

• D-type asteroids are formed in the inner region of the solar system, compared to those asteroids that have a very red spectrum. As a result of planetary migration, a number of these D-type asteroids end up in the range between the asteroid belt and the Trojan group.
• Asteroids with a very red spectra, which share an origin with outer solar system bodies and the Centaurs, are formed further out than the D-type asteroids. They are therefore less numerous in the region between the asteroid belt and Trojan group.

The distribution of asteroids within the asteroid belt show that asteroids with a very red spectra are much less common than D-type asteroids (Figure 2). This is consistent with the location of the snow lines combined with the latest solar system formation model, and is supporting evidence for this model of solar system formation.

Asteroid 162173 Ryugu, from which Hayabusa2 returned a sample, is a C-type asteroid and thought to have formed outside the water ice snow line before moving to a position closer to the Earth (Fig. 2).

Echter, asteroids 203 Pompeja and 269 Justitia that were discovered here are thought to have been formed near the outer edge of the solar system beyond the distant organic snow line and then moved to the asteroid belt during the early epoch of the solar system's formation (Fig. 2).

By exploring these kinds of objects, it is highly possible that information regarding the outer regions of the solar system beyond the organic compound snow line during the solar system's formation can be obtained without having to travel to the outer edge of the solar system. This is worth considering as candidate destination mission targets in the future.