De Hayabusa2-missie van het Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) heeft niet-verontreinigde primitieve asteroïdemonsters teruggestuurd naar de aarde. Een uitgebreide analyse van 16 deeltjes van de asteroïde Ryugu onthulde veel inzichten in de processen die plaatsvonden voor, tijdens en na de vorming van het zonnestelsel, waarvan sommige nog steeds het oppervlak van de huidige asteroïde vormgeven.

Elementaire en isotopische gegevens onthulden dat Ryugu het meest primitieve pre-solaire nevel (een oude schijf van gas en stof rond wat de zon zou worden) materiaal bevat dat tot nu toe is geïdentificeerd en dat sommige organische materialen mogelijk zijn geërfd van voordat het zonnestelsel werd gevormd. Onder de geïdentificeerde organische materialen bevonden zich aminozuren, de bouwstenen van de eiwitten die in alle levende wezens op aarde aanwezig zijn. De ontdekking van eiwitvormende aminozuren in niet-verontreinigde asteroïdemonsters geeft aan dat asteroïden zoals Ryugu de aarde mogelijk hebben bezaaid met de grondstoffen die nodig zijn voor het ontstaan ​​van leven.

Bovendien leverden Ryugu-monsters zowel fysiek als chemisch bewijs dat Ryugu afkomstig was van een groot (minstens enkele tientallen km) ijzig lichaam in het buitenste zonnestelsel, dat waterige verandering onderging (complexe chemische reacties waarbij vloeibaar water betrokken was). Het ijzige lichaam werd vervolgens opgebroken om een ​​komeetachtig fragment op te leveren (enkele kilometers groot). Het fragment evolueerde door sublimatie van ijs om de droge poreuze asteroïde op te leveren die vandaag wordt waargenomen. Vervolgens veranderde ruimteverwering, waarbij de asteroïde door deeltjes van de zon en verre sterren werd gebombardeerd, de oppervlaktematerialen, zoals organische materie, om materialen te geven met een duidelijk albedo (reflecterende eigenschappen), die bepalen hoe de asteroïde er momenteel uitziet.

Asteroïden en kometen vertegenwoordigen het materiaal dat overbleef na de vorming van de planeten die om de zon draaien. Dergelijke lichamen zouden zich aanvankelijk hebben gevormd in een enorme schijf van gas en stof (protosolaire nevel) rond wat uiteindelijk de zon (protozon) zou worden en kunnen dus aanwijzingen behouden over de processen die tijdens deze periode van het zonnestelsel plaatsvonden.

De protosolaire nevel zou het snelst naar zijn centrum zijn gedraaid en dit zou een groot deel van het materiaal in dit gebied hebben geconcentreerd. Een deel van het materiaal begon toen op het oppervlak van de protozon te vallen, waardoor de temperatuur toenam. De hogere temperatuur van de protozon zou hebben geleid tot een verhoogde stralingsafgifte, die fotoverdamping (verdamping door energie van licht) van het materiaal in het binnenste zonnestelsel had kunnen veroorzaken.

Later, toen het binnenste zonnestelsel afkoelde, condenseerde nieuw materiaal met verschillende samenstellingen tot wat eerder aanwezig was. Uiteindelijk zouden dergelijke materialen aan elkaar kleven om grote lichamen (planetesimalen) te produceren die vervolgens zouden uiteenvallen bij botsingen, waarbij sommige S-type asteroïden zouden vormen. Een S-type asteroïde (Itokawa) was het doelwit van de Hayabusa-missie, de voorloper van Hayabusa2. De monsters die naar de aarde werden teruggestuurd, onthulden veel over dergelijke asteroïden, inclusief hoe hun oppervlakken worden beïnvloed door continue kleine inslagen en bevestigingen van identificaties die zijn gemaakt door telescopen op aarde.

Haybusa2 richtte zich op een heel ander type asteroïde, C-type, dat in tegenstelling tot S-types veel meer van het primitieve materiaal van het buitenste zonnestelsel bewaart, dat veel minder werd beïnvloed door verwarming van de protozon. De eerste op aarde gebaseerde telescoop- en teledetectie-informatie van het Hayabusa2-ruimtevaartuig suggereerde dat Ryugu organisch materiaal en kleine hoeveelheden water kan bevatten (vastzittend aan het oppervlak van mineralen of in hun structuur).

Asteroïden van het C-type zijn echter ongelooflijk moeilijk te bestuderen met behulp van dergelijke methoden, omdat ze erg donker zijn en de resulterende gegevens zeer weinig informatie bevatten die kan worden gebruikt om specifieke materialen te identificeren. Als zodanig vertegenwoordigde de monsterteruggave een zeer belangrijke stap in het verbeteren van ons begrip van C-type asteroïden. Ongeveer 5,4 g monster werd in december 2020 teruggestuurd naar de aarde en de monsters werden aanvankelijk bestudeerd in de fase-1-curatiefaciliteit van het Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) in Sagamihara, Japan. Uitgebreide geochemische analyse begon in juni 2021, nadat de monsters waren aangekomen in de fase-2-curatiefaciliteit van het Pheasant Memorial Laboratory (PML), Institute for Planetary Materials, Okayama University, Japan.

Aanvankelijk werd de externe en fysieke informatie van de monsters verkregen, maar kort daarna werden de deeltjes opengesneden met behulp van een microtoom uitgerust met een diamantmes. Binnenin onthulden de deeltjes texturen die duiden op bevriezen-ontdooien en een fijnkorrelige massa van verschillende mineralen, met enkele grovere componenten die overal verspreid zijn. De meeste mineralen waren waterhoudende silicaten, phyllosilicaten (klei) genaamd, die gevormd werden door chemische reacties met niet-waterhoudende silicaatmineralen en vloeibaar water (waterige verandering). Samen met de vries-dooi-texturen wees het bewijs erop dat de monsters in het verleden zowel vloeibaar als bevroren water hadden ervaren.

De waterige verandering bleek een piek te hebben bereikt vóór ~ 2.6 Myr na de vorming van het zonnestelsel, door analyse van mangaan en chroom in magnetiet (ijzeroxide) en dolomiet (calcium-magnesiumcarbonaat) mineralen. Dit betekent dat de materialen van Ryugu al heel vroeg in de geschiedenis van het zonnestelsel met vloeibaar water te maken kregen en dat de warmte die het ijs smolt afkomstig zou zijn van radioactieve elementen die slechts een relatief korte periode overleven (bijna alle zouden verdwenen zijn na 5 Myr. ).

Nadat veel van de radioactieve elementen waren vergaan, zou het lichaam afkoelen en weer bevriezen. Ryugu bevat ook chroom-, calcium- en zuurstofisotopen die aangeven dat het de meest primitieve bron van materialen uit de protosolaire nevel heeft bewaard. Bovendien registreren organische materialen van Ryugu primitieve isotopensignaturen die wijzen op hun vorming in het interstellaire medium (het gebied van de ruimte tussen zonnestelsels) of de buitenste protosolaire nevel. Samen met het overvloedige water en het ontbreken van materiaal of handtekeningen in het binnenste zonnestelsel, suggereren de bovenstaande bevindingen dat het materiaal in Ryugu al heel vroeg in het buitenste zonnestelsel aan elkaar was geplakt (aangegroeid) en in water veranderde.

Om echter vloeibaar water te vormen door een rotsachtig en ijzig lichaam te verhitten door radioactief verval, moet het lichaam minstens enkele tientallen kilometers groot zijn. Dienovereenkomstig moet Ryugu oorspronkelijk deel hebben uitgemaakt van een veel groter lichaam, een planetesimaal genoemd. Men denkt dat ijzige planetesimalen de bron zijn van kometen, die kunnen worden gevormd door hun botsing door botsingen. Als de planetesimale voorloper van Ryugu werd getroffen nadat deze opnieuw was bevroren, zou een komeet kunnen worden geproduceerd die veel van de oorspronkelijke texturen en fysieke en chemische eigenschappen van de planetesimal heeft behouden.

Als komeet zou het fragment van het buitenste naar het binnenste zonnestelsel moeten gaan via een dynamisch pad, waarbij de interacties van de planeten betrokken zijn. Eenmaal in het binnenste zonnestelsel zou Ryugu dan een aanzienlijke sublimatie hebben ondergaan (overgang van vast ijs naar gas). Modellering in een eerdere studie gaf aan dat de sublimatie de snelheid waarmee Ryugu draait kan verhogen en kan leiden tot zijn kenmerkende tolvorm. De sublimatie zou ook kunnen hebben geleid tot de vorming van waterdampstralen (zoals te zien op de komeet 67P) die ondergronds materiaal opnieuw op het oppervlak zouden hebben afgezet en op hun plaats zouden hebben bevroren.

Bovendien kunnen de jets mogelijk enkele interessante verschillen verklaren tussen de bemonsteringslocaties waar de Ryugu-monsters werden verkregen. De Hayabusa2-missie bemonsterde materiaal van het hele oppervlak op landingsplaats 1 (TD1) en hoogstwaarschijnlijk ondergronds materiaal van een kunstmatige inslagkrater op landingsplaats 2 (TD2). Sommige van de TD1-monsters vertonen elementaire fractionering buiten de mm-schaal en verspreide B- en Be-abundanties. Alle TD2-monsters registreren echter elementaire abundanties vergelijkbaar met CI-chondrieten (een type meteoriet met elementaire abundanties vergelijkbaar met de zon) en vertonen geen bewijs van elementaire fractionering over de mm-schaal. Een verklaring is dat de TD1-site het materiaal registreert dat wordt meegevoerd in een straal, dat naar de oppervlakte van het komeetachtige fragment wordt gebracht vanuit veel verschillende delen van de ondergrond en dus een grote verscheidenheid aan composities vertegenwoordigt. Ondertussen kunnen de TD2-samples materiaal vertegenwoordigen dat afkomstig is uit een deel van Ryugu en als zodanig een meer uniforme samenstelling hebben.

Na volledige sublimatie van het ijs aan het oppervlak van Ryugu, werd een lage dichtheid en zeer poreuze rotsachtige asteroïde gevormd. Terwijl watergerelateerde processen stopten, begon de ruimteverwering. Het oppervlak van Ryugu werd in de loop van de tijd gebombardeerd door grote hoeveelheden energetische deeltjes van zonnewind en kosmische straling van de zon en verre sterren. De deeltjes veranderden de materialen op het oppervlak van Ryugu, waardoor de structuur van de organische stof veranderde. De effecten van een dergelijk proces waren duidelijker in TD1-deeltjes van het oppervlak van Ryugu in vergelijking met die van TD2, die waarschijnlijk naar de oppervlakte waren gebracht tijdens het creëren van een kunstmatige inslagkrater. Als zodanig is ruimteverwering een proces dat vandaag de dag nog steeds de oppervlakken van asteroïden vormt en dat ook in de toekomst zal blijven doen.

Ondanks de effecten van ruimteverwering, die de informatie in organisch materiaal veranderen en vernietigen, werden ook primitieve organische materialen gedetecteerd door de uitgebreide geochemische analyse van de Ryugu-monsters. Aminozuren, zoals die gevonden worden in de eiwitten van elk levend organisme op aarde, werden gedetecteerd in een Ryugu-deeltje. De ontdekking van eiwitvormende aminozuren is belangrijk, omdat Ryugu niet is blootgesteld aan de biosfeer van de aarde, zoals meteorieten, en als zodanig bewijst hun detectie dat ten minste enkele van de bouwstenen van het leven op aarde in ruimteomgevingen zouden kunnen zijn gevormd.

Hypothesen met betrekking tot de oorsprong van het leven, zoals die met betrekking tot hydrothermische activiteit, vereisen bronnen van aminozuren, waarbij meteorieten en asteroïden zoals Ryugu sterke kandidaten vertegenwoordigen vanwege hun inventaris van aminozuren en omdat dergelijk materiaal gemakkelijk aan het oppervlak van de vroege aarde. Bovendien suggereren de isotopische kenmerken van de Ryugu-monsters dat Ryugu-achtig materiaal de aarde van zijn water had kunnen voorzien, een andere hulpbron die essentieel is voor de oorsprong en het behoud van leven op aarde.

In combinatie met de bevindingen die door de studie worden gerapporteerd, bieden ze onschatbare inzichten in de processen die de meest primitieve asteroïde die door de mensheid is bemonsterd, hebben beïnvloed. Dergelijke inzichten zijn al begonnen ons begrip te veranderen van de gebeurtenissen die plaatsvonden van vóór het zonnestelsel en tot op de dag van vandaag. Toekomstig werk aan de Ryugu-monsters zal ongetwijfeld onze kennis van het zonnestelsel en daarbuiten blijven vergroten.

Het onderzoek is gepubliceerd in Proceedings of the Japan Academy . + Verder verkennen

Twee teams rapporteren over studie van Hayabusa2-asteroïdemonsters