Образцы Рюгу ставят под сомнение прежние представления о его место рождения

Фото из открытых источников

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.  

В декабре 2020 года космический зонд Хаябуса-2 доставил образцы астероида Рюгу на Землю. С тех пор несколько граммов материала претерпели немало изменений. После первоначальных исследований в Японии некоторые из крошечных, угольно-черных крупинок отправились в исследовательские центры по всему миру. Там их измерили, взвесили, провели химический анализ и подвергли воздействию инфракрасного, рентгеновского и синхротонного излучения, среди прочего. В MPS исследователи изучают соотношения определенных изотопов металлов в образцах, как и 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.

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 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. В какой степени Рюгу похож на представителей известных классов метеоритов? Это фрагменты астероидов, которые проделали свой путь из космоса на Землю. Исследования последних лет принесли сюрприз: Рюгу вписывается в большую толпу богатых углеродом метеоритов, 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 было обнаружено всего восемь других таких экзотических образцов. Поскольку их химический состав похож на состав Солнца, они считаются особенно первозданным 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. 

Что произошло? До сих пор исследователи понимали углеродистые хондриты как 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. Нерегулярные включения являются первым материалом, который сконденсировался 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, в то время 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. «Совершенно разные процессы должны были работать при формировании Рюгу и хондритов CI с одной стороны и других групп углеродистых хондритов с другой», — говорит Фридолин Шпитцер из MPS, первый автор нового исследования, резюмируя основную идею.

По словам исследователей, первые углеродистые хондриты начали формироваться примерно через два миллиона лет после образования Солнечной системы. Притянутые гравитационной силой еще молодого Солнца, пыль и первые твердые комки направились от внешнего края газопылевого диска во внутреннюю часть Солнечной системы, но на своем пути встретили препятствие: недавно образовавшийся Юпитер. За пределами его орбиты скапливались, 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 взял другой процесс: под воздействием Солнца исходный газ постепенно испарялся за пределами орбиты Юпитера, что привело к накоплению в основном пыли и железо-никелевых зерен. Это привело к рождению хондритов CI.

«Результаты нас очень удивили. Нам пришлось полностью переосмыслить — не только в отношении Рюгу, но и в отношении всей группы хондритов CI», — говорит доктор Кристоф Буркхард из MPS. Хондриты CI больше не кажутся далекими, несколько экзотическими родственниками других углеродистых хондритов с самого внешнего края Солнечной системы, а скорее младшими братьями и сестрами, которые могли образоваться в том же регионе, но с помощью другого процесса и позже. «Текущее исследование показывает, насколько важными могут быть лабораторные исследования в расшифровке истории формирования нашей Солнечной системы», — говорит профессор доктор Торстен Кляйне, директор Департамента планетарных наук в MPS и соавтор исследования.