Астероиды M- и K-типа оказались связаны общим минеральным составом

Эта анимация показывает, как астероид выглядит в разных фазах в зависимости от его положения относительно Солнца, подобно фазам Луны. Автор: Caltech/IPAC/K. Miller

Примерно 4,6 миллиарда лет назад наша Солнечная система сформировалась из огромного диска газа и пыли, вращавшегося вокруг Солнца. Астероиды, которые мы видим сегодня, — одни из самых полных артефактов этого формирования, оставшихся для наблюдения, подобно винтам, обрезкам и другому мусору, оставшемуся на строительной площадке. Ученые могут изучать эти плавающие капсулы времени и исследовать их состав, форму и поверхностную структуру, чтобы понять, какой была наша Солнечная система при рождении.

Исследователи классифицируют астероиды по категориям на основе схожих характеристик, и недавняя статья, опубликованная в The Planetary Science Journal под руководством ученого IPAC Джо Масьеро, представляет доказательства того, что два различных типа астероидов могли иметь общее суровое прошлое.

«Астероиды дают нам возможность заглянуть в то, что происходило в ранней Солнечной системе, как в застывший кадр условий, существовавших при формировании первых твердых объектов», — сказал Масьеро.

Используя данные обсерватории Паломар Калифорнийского технологического института, исследование Масьеро сосредоточено на двух категориях астероидов: богатых металлами и состоящих из смеси силикатов и других материалов. Хотя они имеют совершенно разный состав, эти два типа разделяют уникальный пылевой слой материала, состоящего из железа и серы, называемого троилитом.

«Троилит очень необычен, поэтому мы можем использовать его как отпечаток, связывающий эти два разных типа объектов друг с другом», — сказал Масьеро.

Астероиды разделены на разные классы на основе спектра света, отражаемого от их поверхности, обозначаемого буквами, такими как M, K, C и другие. Спектры могут показывать наличие углерода, силикатов или металлов в реголите, или поверхностной грязи, астероида.

В этом исследовании Масьеро рассматривал астероиды M- и K-типа. М-типы богаты металлами, в то время как K-типы состоят из силикатов и других материалов и считаются связанными с древним гигантским столкновением астероидов. Около 95% земной коры и мантии состоят из силикатов.

Но одни и те же материалы на астероидах могут выглядеть по-разному в зависимости от формы астероида, размера реголита (пыль, галька, валуны) и фазового угла астероида относительно Солнца.

Астероиды в нашей Солнечной системе постоянно движутся: вращаются вокруг Солнца и вращаются вокруг своей оси, и из-за этого, так же как у Луны есть фазы, у астероидов тоже есть фазы. Фазовый угол — это угол между Солнцем, астероидом и Землей.

«Хотя спектры указывают на то, что на поверхности этих объектов есть разные минералы, мы пытаемся выяснить, насколько действительно различны эти тела», — сказал Масьеро. «Мы хотим повернуть время вспять, к тому моменту, когда они сформировались, и к условиям, в которых они формировались в ранней Солнечной системе».

Масьеро обратился к поляризации, особенно в ближнем инфракрасном диапазоне, как к методу изучения астероидов. Измеряя поляризацию отраженного света на изучаемых астероидах M- и K-типа, Масьеро показывает, что два ранее различных спектральных класса астероидов могут быть фактически связаны через их поверхностный состав.

Поляризация описывает направление волн, составляющих свет, подобно тому, как яркость является измерением количества фотонов, а цвет — измерением длины волны. Разные поверхностные минералы имеют разные поляризационные отклики при отражении света, так же как они могут иметь разные цвета.

Изменения фазового угла астероида могут значительно влиять на поляризацию, и этот отклик является результатом разнообразия материалов на поверхности. Масьеро использовал то, как степень поляризации изменяется с фазовым углом, для исследования состава поверхностей астероидов. Эта техника может исследовать состав даже тогда, когда минералы не показывают никакого цветового или спектрального отклика.

«Поляризация дает нам представление о минералах в астероидах, которое мы не можем получить просто из того, насколько хорошо астероид отражает солнечный свет, или как выглядит спектр отраженного света», — сказал Масьеро. «Поляризация дает вам третью ось для вопросов о поверхностной минералогии, которая не зависит от информации о яркости или спектре».

Масьеро использовал инструмент WIRC+Pol в обсерватории Паломар Калифорнийского технологического института в горах над Сан-Диего, Калифорния.

«Паломар — это такая замечательная установка. Здорово взаимодействовать с командой наблюдения там; операторы телескопов и поддерживающие астрономы действительно помогают убедиться, что вы можете получить наилучшие данные», — сказал Масьеро. «Для инфракрасных данных поляризации, которые мне были нужны, нет другого инструмента, который мог бы достичь почти такой же глубины. Это актив, уникальный для Паломара».

После исследований поляризации Масьеро приходит к выводу, что как M-, так и K-типы астероидов разделяют одинаковую пыльную поверхность из троилита, материала сульфида железа.

Масьеро утверждает, что свидетельства троилита являются признаком того, что эти два типа астероидов на самом деле произошли от схожих типов исходных более крупных объектов, которые позже распались, создав астероиды, которые мы видим сегодня.

Разный общий состав астероидов может быть связан с разными слоями внутри крупных исходных объектов. Подобно тому, как Земля имеет ядро, мантию и кору, сделанные из разных материалов, эти типы астероидов могут происходить из разных слоев.

Пыль троилита могла быть обильно представлена на исходном объекте до распада, или это могло быть облако пыли, которое покрыло все после распада, но ее корни все еще неизвестны.

«Вы не можете пойти и разорвать Землю, чтобы увидеть, что внутри, но вы можете посмотреть на астероиды — оставшиеся кусочки и части, неиспользованные компоненты формирования Солнечной системы — и использовать их, чтобы увидеть, как были построены наши планеты», — сказал Масьеро.

IPAC в Калифорнийском технологическом институте является научным и центром обработки данных для астрофизики и планетарных наук. Обсерватория Паломар принадлежит и управляется Калифорнийским технологическим институтом и администрируется Калифорнийскими оптическими обсерваториями.

Источники:

Материалы предоставлены Caltech IPAC.

Joseph R. Masiero, Yuna G. Kwon, Elena Selmi, Manaswi Kondapally. The Mineralogical Connection between M- and K-type Asteroids as Indicated by Polarimetry. The Planetary Science Journal, 2025; 6 (8): 197 DOI: 10.3847/PSJ/ade433