Примерно через два миллиона лет после образования Солнечной системы за пределами орбиты еще молодого Юпитера скопились первые углистые хондриты, состоящие из пыли, хондр, ранних конденсатов и железо-никелевых зерен. Примерно два миллиона лет спустя хондриты CI образовались в результате фотоиспарения. В них вошло особенно большое количество железо-никелевых зерен. Фото: MPS (Фридолин Спитцер)
Астероид Рюгу, возможно, не пролетел 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 недалеко от Юпитера.
Более ранние исследования указывали на происхождение за пределами орбиты Сатурна. Четыре года назад японский космический зонд «Хаябуса-2» доставил на Землю образцы Рюгу. Исследователи под руководством Института Макса Планка по исследованию солнечной системы (MPS) в Германии сравнили, какие типы никеля обнаружены в этих образцах, а также в типичных богатых углеродом метеоритах.
Результаты показывают альтернативу предыдущим представлениям о местах рождения этих тел: разные богатые углеродом астероиды могли образоваться в одном и том же регионе недалеко от Юпитера, хотя частично в результате разных процессов и с разницей примерно в два миллиона лет.
С декабря 2020 года, когда образцы астероида Рюгу были доставлены обратно на Землю, несколько граммов материала прошли через многое. После первоначальных исследований в Японии некоторые из крошечных угольно-черных зерен отправились в исследовательские центры по всему миру.
Там их измеряли, взвешивали, химически анализировали и подвергали, среди прочего, инфракрасному, рентгеновскому и синхротонному излучению. В MPS исследователи изучают соотношение определенных изотопов металлов в образцах, как и в текущем исследовании. Ученые называют изотопы вариантами 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 — околоземный астероид. Его орбита вокруг Солнца пересекает орбиту Земли (без риска столкновения). Однако исследователи предполагают, что, как и другие околоземные астероиды, Рюгу не является родным для внутренней части Солнечной системы, а прибыл туда из пояса астероидов, расположенного между орбитами Марса и Юпитера. Фактические места рождения населения пояса астероидов, вероятно, находятся еще дальше от Солнца, за пределами орбиты Юпитера.
«Семейные отношения» Рюгу могут помочь пролить свет на его происхождение и дальнейшую эволюцию. Насколько Рюгу похож на представителей известных классов метеоритов? Это фрагменты астероидов, пробившиеся из космоса на Землю.
Исследования последних лет преподнесли сюрприз: Рюгу, как и ожидалось, вписывается в большую толпу богатых углеродом метеоритов — углеродистых хондритов. Однако детальные исследования его состава относят его к редкой группе: так называемым хондритам CI. Они также известны как хондриты типа Ивуна, названные в честь места в Танзании, где был найден их самый известный представитель.
Помимо самого хондрита Ивуна, на сегодняшний день обнаружено только восемь других экзотических экземпляров. Поскольку их химический состав аналогичен солнцу, они считаются особенно нетронутым материалом, образовавшимся на самом дальнем 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 более ранними исследованиями изотопного состава Рюгу.
Последние исследования геттингенских ученых рисуют иную картину. Впервые команда исследовала соотношение 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 углеродистые хондриты как смесь трех «ингредиентов», которые можно увидеть даже невооруженным глазом в поперечном разрезе. В мелкозернистой породе плотно упакованы включения круглой, миллиметровой формы, а также более мелкие включения неправильной формы. Нерегулярные включения являются первым материалом, который конденсировался в твердые комки в горячем газовом диске, который когда-то вращался вокруг Солнца. Позднее образовались круглые богатые силикатом хондры.
До сих пор исследователи объясняли различия в изотопном составе хондритов CI и других групп углеродистых хондритов разными соотношениями смешивания этих трех ингредиентов. Например, хондриты CI состоят преимущественно из мелкозернистой породы, тогда как их собратья значительно богаче включениями. Однако, как описывает команда в текущей публикации, результаты измерений никеля не вписываются в эту схему.
Расчеты исследователей теперь показывают, что их измерения можно объяснить только четвертым ингредиентом: крошечными железо-никелевыми зернами, которые также должны были накопиться во время формирования астероидов. В случае с Рюгу и хондритами CI этот процесс должен был быть особенно эффективным.
«Совершенно разные процессы, должно быть, действовали при формировании Рюгу и хондритов CI, с одной стороны, и других групп углеродистых хондритов, с другой», — говорит Фридолин Спитцер из MPS, первый автор нового исследования, резюмируя основная идея.
По мнению исследователей, первые углеродистые хондриты начали формироваться примерно через два миллиона лет после образования Солнечной системы. Привлекаемые гравитационной силой еще молодого Солнца, пыль и первые твердые сгустки пробились от внешнего края газопылевого диска во внутреннюю часть Солнечной системы, но встретили на своем пути препятствие: вновь формирующийся Юпитер.
За пределами орбиты скопились более тяжелые и крупные комки, которые превратились в углеродистые хондриты с многочисленными включениями. Ближе к концу этого развития, примерно через два миллиона лет, взял верх другой процесс: под воздействием Солнца первоначальный газ постепенно испарился за пределами орбиты Юпитера, что привело к накоплению преимущественно 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 выглядят как далекие, несколько экзотические родственники других углеродистых хондритов с самого дальнего края Солнечной системы, а скорее как младшие братья и сестры, которые, возможно, сформировались в том же регионе, но в результате другого процесса и позже.
«Нынешнее исследование показывает, насколько важными могут быть лабораторные исследования для расшифровки истории формирования нашей Солнечной системы», — говорит профессор доктор Торстен Кляйне, директор Департамента планетарных наук MPS и соавтор исследования.
Информация от: Обществом Макса Планка
