Образцы Рюгу ставят под сомнение прежние представления о формировании богатых углеродом астероидов

Примерно через два миллиона лет после образования Солнечной системы первые углеродистые хондриты, состоящие из пыли, хондр, ранних конденсатов и железоникелевых зерен, агломерировались за пределами орбиты еще молодого Юпитера. Примерно через два миллиона лет хондриты CI образовались путем фотоиспарения. Они включали в себя особенно большое количество железоникелевых зерен. Автор: MPS (Fridolin Spitzer)

Астероид Рюгу, возможно, не прошел так далеко от места своего происхождения до своей нынешней околоземной орбиты, как предполагалось ранее. Новое исследование, опубликованное в журнале Science Advances, предполагает, что Рюгу образовался вблизи Юпитера.

Более ранние исследования указывали на происхождение за пределами орбиты Сатурна. Четыре года назад японский космический зонд Hayabusa 2 доставил образцы Рюгу на Землю. Исследователи под руководством Института Макса Планка по исследованию солнечной системы (MPS) в Германии теперь сравнили, какие типы никеля обнаружены в этих образцах, а также в типичных метеоритах, богатых углеродом.

Результаты демонстрируют альтернативу предыдущим представлениям о местах рождения этих тел: различные богатые углеродом астероиды могли образоваться в одном и том же регионе недалеко от Юпитера, хотя отчасти в результате разных процессов и с разницей примерно в два миллиона лет.

С декабря 2020 года, когда образцы астероида Рюгу были доставлены на Землю, несколько граммов материала прошли через многое. После первоначальных исследований в Японии некоторые из крошечных, угольно-черных крупинок отправились в исследовательские центры по всему миру.

Там их измеряли, взвешивали, химически анализировали и подвергали воздействию инфракрасного, рентгеновского и синхротонного излучения, среди прочего. В MPS исследователи изучают соотношения определенных изотопов металлов в образцах, как в текущем исследовании. Ученые 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.

Путешествие Рюгу по Солнечной системе

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 еще дальше от Солнца, за пределами орбиты Юпитера.

«Семейные связи» Рюгу могут помочь пролить свет на его происхождение и дальнейшую эволюцию. Насколько Рюгу похож на представителей известных классов метеоритов? Это фрагменты астероидов, проделавшие путь из космоса на Землю.

Исследования последних лет преподнесли сюрприз: Рюгу вписывается в большую толпу 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 Ивуна, названные в честь танзанийского места, где был найден их самый известный представитель.

Помимо самого хондрита Ивуна, на сегодняшний день обнаружено всего восемь других таких экзотических образцов. Поскольку их химический состав похож на состав Солнца, 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 ученых из Геттингена теперь рисуют другую картину. Впервые команда исследовала соотношения изотопов никеля в четырех образцах астероида 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.

Недостающий ингредиент

Что произошло? До сих пор исследователи понимали, что углеродистые хондриты представляют собой смеси трех «ингредиентов», которые можно увидеть даже невооруженным глазом в поперечных сечениях. Вкрапленные в мелкозернистую породу круглые включения размером с миллиметр, а также более мелкие включения неправильной формы плотно упакованы вместе. Неправильные включения являются первым материалом, который конденсировался в твердые 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 трех 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.

Расчеты исследователей теперь показывают, что их измерения можно объяснить только четвертым ингредиентом: крошечными зернами 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, первый автор нового исследования, резюмируя основную идею.

За пределами его орбиты накапливались, в частности, более тяжелые и крупные комки — и таким образом превращались в углеродистые хондриты с их многочисленными включениями. К концу этого развития, 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 зерен. Это привело к рождению хондритов CI.

«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.

Хондриты CI больше не выглядят как далекие, несколько экзотические родственники других углеродистых хондритов с самых дальних границ Солнечной системы, а скорее как более молодые братья и сестры, 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, доктор Торстен Кляйне, директор Департамента планетарных наук в MPS и соавтор исследования.

Больше информации: Fridolin Spitzer et al, The Ni isotopic composition of Ryugu reveals a common accretion region for carbonaceous chondrites, Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adp2426. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adp2426

Источник: Max Planck Society