Загадка образования астероида Бенну разгадана

Фото из открытых источников

Новые анализы образцов, проведенные исследователями из ETH Zurich, указывают на неожиданное происхождение астероида Бенну: вместо того чтобы образоваться далеко в Солнечной системе, родительское тело Бенну, вероятно, возникло в особой переходной зоне вблизи линии замерзания воды, где температура была достаточно низкой для замерзания воды, в то время как сам Юпитер еще находился в стадии роста. Статья с результатами нового исследования была опубликована в журнале Science Advances.  

Астероид Бенну совершает один оборот вокруг Солнца за 1,2 года и приближается к Земле каждые шесть лет, пролетая на расстоянии около 300 000 километров. НАСА воспользовалось этим, чтобы собрать материал с небесного тела. В ходе впечатляющей операции в 2023 году американское космическое агентство собрало образцы с поверхности астероида Бенну с помощью своего зонда OSIRIS-REx.

23 сентября контейнер с образцами, содержащий около 120 граммов материала с астероида Бенну, приземлился в пустыне Юты. Оттуда небольшая, но ценная часть попала в Цюрихский политехнический институт (ETH): Мария Шёнбахлер, профессор изотопной геохимии, получила полграмма для анализа. Лаборатория исследователя из ETH немедленно приступила к анализу образцов.

Исследования завершены, и результаты только что опубликованы в журнале Science Advances. Они не только раскрывают химический состав минералов Бенну, но и дают новое понимание того, как сформировалась наша Солнечная система.

Исследователи проанализировали изотопы железа, титана и хрома. Изотопы — это атомы одного и того же элемента, которые немного отличаются по массе. Вместе они создают характерный "отпечаток пальца", который исследователи могут использовать для определения происхождения и, в некоторой степени, возраста астероида.

Эти измерения показывают, что титан и железо равномерно распределены по всей поверхности Бенну. Они также указывают на наличие у Бенну близких родственников: астероида Рюгу и так называемых метеоритов класса CI, представляющих собой класс примитивных, богатых углеродом каменистых тел, которые встречаются на Земле крайне редко. Все три небесных тела имеют схожий изотопный состав, что указывает на их образование из одного и того же резервуара космической пыли. Они также значительно отличаются по своему изотопному составу от других известных астероидов, групп метеоритов и планет.

До настоящего времени учёные предполагали, что астероиды, такие как Бенну, образовались во внешних областях Солнечной системы, возможно, в том же месте, где образовались кометы. Хотя они и высказывали мнение, что Бенну образовался относительно поздно в процессе эволюции нашей Солнечной системы, новые данные противоречат обеим идеям.

Наиболее вероятный сценарий заключается в том, что место рождения метеоритов Бенну, Рюгу и CI находилось недалеко от линии замерзания водяного льда. Эта граница отмечает точку, где замерзает водяной пар. Здесь, 4,5 миллиарда лет назад, когда Солнечная система еще формировалась, материалы из ее внутренней и внешней областей смешивались. Лед, в свою очередь, действовал как «клей», связывая мельчайшие частицы пыли.

«Бенну — это гибрид: его материал не имеет чёткого соответствия ни внутренней, ни внешней Солнечной системе», — говорит Шёнбехлер. Он несёт в себе характеристики обеих областей и образовался в определённой зоне, где смешались потоки материала из обеих областей.

Мария Шёнбехлер и её соавторы предлагают следующий сценарий: они приписывают ключевую роль в формировании этих небесных тел Юпитеру. Этот газовый гигант сформировался на очень ранней стадии, в течение миллиона лет после рождения нашего Солнца, из пылевого облака под действием гравитации. Вокруг центральной звезды образовался круговой диск из пыли и газа, включая водяной лёд, внутри которого в процессе аккреции сформировались планеты и астероиды.

Благодаря своему быстрому росту Юпитер действовал как «опорный мост» внутри этого диска: он блокировал большую часть крупнозернистого материала, в то время как мелкая пыль из различных областей вращающегося диска обтекала его и равномерно смешивалась в переходной зоне вблизи границы водяного льда. Впоследствии в этом регионе образовались предшественники метеоритов Бенну, Рюгу и CI.

Этот сценарий также объясняет, почему материал Бенну богат водой: лед в окрестностях испарился, а часть водяного пара снова сконденсировалась в том самом регионе, где образовался Бенну. В то же время защитное влияние Юпитера обеспечило образование Бенну в основном из мелкой пыли. Это объясняет, почему материал Бенну так химически похож на материал Солнца: мелкая пыль, вращающаяся в диске вокруг молодого Солнца, была тщательно перемешана — немного похоже на мелкую пыль в доме, которая просто со временем оказывается повсюду.

«Бенну, возможно, даст нам наилучшее представление об исходном составе химических элементов, из которых в конечном итоге были построены планеты земной группы», — утверждает Шёнбехлер. Бенну — это очень первобытный астероид. Его материал относится к периоду зарождения нашей Солнечной системы около 4,5 миллиардов лет назад и с тех пор практически не изменился.

Проводя геохимический анализ Бенну, исследователи улучшают наше понимание того, как возникла наша Солнечная система и при каких условиях формировались планеты. Благодаря тому, что астероид богат водой и органическими веществами, он также предоставляет важные фрагменты головоломки о том, как молодая Земля получила строительные блоки жизни.

«Теперь мы задаемся вопросом, имеют ли другие астероиды такую же изотопную сигнатуру, как Бенну и Рюгу», — продолжает Шёнбехлер. Также остается неясным, в какой степени молодой Юпитер способствовал тому, что слипались лишь мелкие частицы пыли. Дальнейшие исследования помогут прояснить эту картину.

Анализ материала с Бенну завершен. Профессор ETH теперь с нетерпением ждет запуска японской миссии по доставке образцов на спутник Марса Фобос, который запланирован на конец октября этого года. «Было бы здорово получить этот материал и проанализировать его в своей лаборатории», — говорит она. И она собирается подать заявку в японское космическое агентство JAXA. Однако ей потребуется немало терпения: капсула с материалом с Фобоса, как ожидается, вернется на Землю не раньше 2031 года.