A Ryugu aszteroida tartalmazhatja a Naprendszer kialakulásának válaszait?

A Japán Űrkutatási Ügynökség Hayabusa2 küldetése szennyezetlen aszteroidamintákat juttatott vissza a Földre. A Ryugu aszteroida 16 részecskéjének átfogó elemzése számos betekintést tárt fel a Naprendszer kialakulása előtti folyamatokról.

Az aszteroidák és üstökösök tartalmaznak olyan anyagokat, amelyek a Nap körül keringő bolygók kialakulása után megmaradtak. Az ilyen képződmények kezdetben egy hatalmas gáz- és porkorongban alakultak volna ki (protoszoláris köd) a Nap körül és így megőrizhették a nyomokat a Naprendszer ezen időszakában lezajlott folyamatokról. A protoszoláris köd a leggyorsabban a középpontja felé foroghatott és ez az anyag nagy részét ezen a területen koncentrálhatta.

Később, amikor a belső Naprendszer lehűlt, az új anyagok eltérő összetételűekre sűrűsödtek a korábban jelenlévőkhöz képest. Végül az ilyen anyagok összetapadtak és nagy testeket hoztak létre, amelyek aztán az ütközések következtében felbomlottak, és néhány S-típusú kisbolygót hoztak létre. Egy ilyen kisbolygó (Itokawa) volt a Hayabusa küldetés is, a Hayabusa2 elődjének célpontja. A Földre visszavitt minták sok mindent elárultak az ilyen aszteroidákról.

A Haybusa2 egy egészen más, C-típusú aszteroidát célzott meg, amely az S-típusokkal ellentétben sokkal több információt őriz a külső naprendszer anyagából, amelyre sokkal kevésbé volt hatással a Napból származó melegedés. A Hayabusa2 űrszonda kezdeti földi teleszkóp és távérzékelési információi azt sugallták, hogy a Ryugu szerves anyagot és kis mennyiségű vizet is tartalmazhat (az ásványok felszínén vagy a szerkezetükön belül). A C-típusú aszteroidákat azonban hihetetlenül nehéz tanulmányozni, mivel nagyon sötétek, és az így kapott adatok nagyon kevés olyan információt tartalmaznak, amelyek felhasználhatóak konkrét anyagok azonosítására. 2020 decemberében azonban sikerült begyűjteni egy igen komoly mintát, amit a Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) Phase-1 felügyeleti létesítményében, Sagamiharában, Japánban vizsgáltak meg. Az átfogó geokémiai elemzést 2021 júniusában meg is kezdték, miután a mintákat átszállították a japán Okayama Egyetem Bolygóanyagokkal foglalkozó Intézetének Pheasant Memorial Laboratory (PML) 2. fázisú felügyeleti létesítményébe.

Kezdetben a minták külső és fizikai információit szerezték meg, majd röviddel ezután a részecskéket egy gyémántkéssel felszerelt mikrotom segítségével felvágták. A részecskék belsejében fagyás-olvadásra utaló textúrákat és különböző ásványok finomszemcsés tömegét tárták fel, néhány durvább szemcséjű komponenssel szétszórva. Az ásványok többsége víztartalmú szilikát, úgynevezett filoszilikát agyag, amely nem-víztartalmú szilikát ásványok és folyékony víz (vizes elváltozás) kémiai reakciói során keletkezett. A fagyasztás-olvadás textúrájával együtt a bizonyítékok azt mutatták, hogy a minták korábban folyékony és fagyott vizet is tartalmaztak.

Megállapították, hogy a vizes elváltozás nagyjából 2,6 millió évvel ezelőtt tetőzött a Naprendszer kialakulása után, a magnetit (vas-oxid) és dolomit (kalcium-magnézium-karbonát) ásványokban található mangán és króm elemzése révén. Ez azt jelenti, hogy a Ryugu-ból származó anyagok folyékony vizet tartalmaztak még nagyon korán a Naprendszer történetében, és a jeget megolvasztó hőt olyan radioaktív elemek szolgáltatták, amelyek csak viszonylag rövid ideig maradnak életben (5 millió év után szinte mindegyik eltűnik). Miután a radioaktív elemek nagy része lebomlott, a test lehűlt és újra megfagyott. A Ryugu króm-, kalcium- és oxigénizotópokat is tartalmaz, amelyek azt jelzik, hogy megőrizte a protoszoláris köd legprimitívebb anyagforrását. Továbbá a Ryugu szerves anyagai primitív izotópjeleket is rögzített, amelyek arra utalnak, hogy a csillagközi közegben (a naprendszerek közötti térben) vagy a külső protoszoláris ködben keletkeztek. A bőséges vízzel és a belső naprendszer anyagának vagy jeleinek hiányával együtt a fenti eredmények arra utalnak, hogy a Ryuguban lévő anyag összetapadt és vizes módosulása nagyon korán keletkezett a mi Naprendszerünkön kívül.

Ahhoz azonban, hogy egy sziklás-jeges test radioaktív bomlás útján történő felmelegedéséből folyékony víz keletkezzen, a testnek legalább néhány 10 km-esnek kell lennie. Ennek megfelelően a Ryugu eredetileg egy sokkal nagyobb test része lehetett, amelyet planetezimálnak neveztek. Úgy gondolják, hogy a jeges planetezimálok az üstökösök forrásai, amelyek ütközésük során keletkezhetnek. Ha a Ryugu planetezimális prekurzora az újrafagyás után ütközött, akkor létrejöhetett egy üstökös, amely megőrizte a planetezimál számos eredeti textúráját, valamint fizikai és kémiai tulajdonságait. Üstökösként a töredéknek valamilyen dinamikus úton kellett volna eljutnia a külső Naprendszerből a belső felé, a bolygók kölcsönhatásával. A belső Naprendszerben a Ryugu jelentős szublimáción ment volna keresztül (a szilárd jég átalakulása gázzá). Egy korábbi tanulmányban végzett modellezés pedig azt mutatta, hogy a szublimáció növelheti a Ryugu forgási sebességét, ami vízgőz-sugarak képződéséhez is vezethetett (amint az a 67P üstökösön is látható).

A Ryugu felszínén a jég teljes szublimációja után kis sűrűségű és erősen porózus sziklás aszteroida jött létre. Miközben a vízzel kapcsolatos folyamatok megszűntek, megkezdődött az űrmállás. A Ryugu felszínét idővel bombázták a napszélből származó energetikai részecskék, valamint a Napból és a távoli csillagokból származó kozmikus sugarak is.

A Ryugu minták átfogó geokémiai elemzése során primitív szerves anyagokat is kimutattak. Például olyan aminosavakat, amelyek minden élő szervezet fehérjéjében megtalálhatók a Földön. A fehérjeképző aminosavak felfedezése azért is fontos, mert a Ryugu nem került a Föld bioszférájába, mint a meteoritok, így kimutatásuk bizonyítja, hogy a földi élet építőkövei közül legalább néhány biztosan űrkörnyezetben keletkezhetett. Ezenkívül a Ryugu-minták izotópjellemzői arra utalnak, hogy egy Ryugu-szerű anyag elláthatta a Földet vízzel, amely egy másik, a földi élet létrejöttéhez és fennmaradásához nélkülözhetetlen erőforrás.

A tanulmány által közölt eredmények felbecsülhetetlen betekintést nyújtanak az emberi faj legprimitívebb aszteroidáját befolyásoló folyamatokba. Az ilyen belátások már elkezdték megváltoztatni a Naprendszer előtti és a mai napig bekövetkezett eseményekről alkotott képünket. A Ryugu-minták jövőbeli munkája kétségtelenül tovább fejleszti ismereteinket a Naprendszerről és azon túlról.