Opdagelse af meget røde kroppe i asteroidebæltet, der ligner trans-neptunske objekter

To asteroider (203 Pompeja og 269 Justitia) er blevet opdaget med et rødere spektrum end nogen anden genstand i asteroidebæltet mellem Mars og Jupiter. Opdagelsen blev ledet af HASEGAWA Sunao, Associate Senior Researcher hos ISAS JAXA, med et internationalt team af forskere fra MIT, University of Hawaii, Seoul National University, Kyoto Universitet og Laboratoire d'Astrophysique de Marseille

Disse to asteroider har en stejlere spektral hældning end D-type asteroiderne, som man troede var de rødeste objekter i asteroidebæltet. Hellere, deres spektre ligner det for trans-neptunske objekter og kentaurer i det ydre solsystem, der har et meget rødt spektrum.

Spektroskopiske observationer tyder på tilstedeværelsen af ​​komplekst organisk stof på overfladen af ​​disse asteroider. Det er muligt, at disse objekter blev dannet nær den ydre kant af solsystemet og migrerede til asteroidebæltet i de tidlige stadier af solsystemets dannelse. Denne opdagelse giver derfor nye beviser for, at planetesimaler dannet i den ydre kant af solsystemet er flyttet til asteroidebæltet inden for Jupiters kredsløb.

Resultaterne af denne undersøgelse blev offentliggjort i Astrofysiske tidsskriftsbreve , et akademisk tidsskrift fra American Astronomical Society (AAS), den 26. juli, 2021.

Baggrund

Den indre struktur af en stor planet som Jorden er differentieret til kernen, kappe og skorpe. Imidlertid, sådanne differentierede kroppe, der mistede det meste af informationen om deres dannelse før differentiering, der fandt sted under de tidlige stadier af solsystemets dannelse. For information om den æra, vi skal undersøge udifferentierede (primitive) objekter. Nogle meteoritter, der er landet på Jorden, menes at være blevet slynget ud fra primitive mindre kroppe såsom asteroider. Almindelige kondritmeteoritter og kulholdige kondritmeteoritter er typiske eksempler. Almindelige kondritter menes at være afledt af himmellegemer, der blev dannet i det indre område af solsystemet, inden for vandis snegrænsen, mens kulstofholdige kondritter menes at være blevet dannet i den ydre region forbi vandis snegrænsen.

Det er kendt, at sådanne primitive objekter optager det meste af asteroidebæltet (mellem 2,1 til 3,3 astronomiske enheder, AU), der sidder i solsystemet mellem Mars (ved 1,5 au) og Jupiter (5,2 au). Asteroider, der svarer til de almindelige kondritmeteoritter på Jorden, kaldes S-type asteroider, og en prøve fra et medlem af denne S-type klasse, asteroide 25143 Itokawa, blev returneret til Jorden af ​​Hayabusa (MUSES-C). De asteroider, der menes at svare til kulstofholdige kondritter, er kendt som asteroider af C-typen, og prøven fra asteroiden 162173 Ryugu returneret af Hayabusa2-rumfartøjet er et eksempel på denne asteroideklasse.

Fordelingen af ​​S/C-type asteroider inden for asteroidebæltet har en stor andel af S-type asteroider i den indre del af asteroidebæltet, mens andelen af ​​C-type asteroide stiger mod yderkanten. Denne ordning forventes, men det er ikke en "skarp" fordeling, men snarere "sløret". Observationen af ​​denne fordeling anses for at være bevis på, at asteroider har bevæget sig i radial retning gennem solsystemet og blandet sig under dannelsen af ​​det asteroidebælte, vi ser i dag.

Længere ude i solsystemet findes asteroiderne af D-typen. Lige uden for asteroidebæltet er en gruppe af små kroppe kendt som Cybeles (3,3 til 3,7 au), som overvejende består af D-type asteroider. Asteroider af D-typen udgør også halvdelen af ​​bestanden af ​​objekter i den fjernere Hilda-gruppe (3,7-4,2 au) og Jupiter-trojanerne (omkring 5,2 au). Tagish Lake-meteoritten betragtes som en D-type-relateret meteorit, og dens analyse tyder på, at den er den mest primitive af de kulholdige kondritter. D-type asteroider er også kendt for at have et spektre svarende til det for kometer, som er kendt for at indeholde en masse flygtige komponenter som vand og kuldioxid. At dømme ud fra Tagish meteoritanalyse og kometobservationsresultater, det menes, at D-type asteroider blev dannet ud over kuldioxidsnelinjen, hvor kuldioxid dannede faste partikler (samt vandis).

Ser man mod den ydre kant af solsystemet omkring Neptun, der er mange trans-neptunske og kentauriske objekter, der ligner asteroiderne i asteroidebæltet. Nogle af disse objekter er kommet i nærheden af ​​Jorden som kometer, men spørgsmålet er fortsat, om der er nogen objekter i asteroidebæltet, der er migreret fra længere væk, hvor D-type asteroiderne blev dannet i de tidlige stadier af dannelsen af ​​solsystemet.

Forskningsresultater

I asteroidebæltet, asteroider med størrelser over ~100 km i diameter anses generelt for at have undgået katastrofal ødelæggelse og menes at være den overlevende befolkning af planetesimalerne, der blev dannet tidligt i dannelsen af ​​solsystemet. Vores internationale forskerhold gennemførte derfor en spektroskopisk undersøgelse af asteroider med diametre på ~100 km eller mere i asteroidebæltet for at indhente nær-infrarøde spektroskopiske data for objekter, som ikke tidligere har opnået observationsdata for at afdække fordelingen af ​​planetesimalerne og sammensætningen af sådanne objekter under dannelsen af ​​asteroidebæltet.

I den spektroskopiske undersøgelse, vi opdagede, at 203 Pompeja, med en diameter på 110 km, har et spektrum, der er rødere end selv det for D-type asteroiderne (figur 1). Desuden, undersøgelse af tidligere observationer viste, at 269 Justitia, med en diameter på 55 km og hvis meget røde spektrum tidligere var blevet registreret, har en rødme, der ligner den af ​​203 Pompeja (fig. 1).

I den venstre figur, det typiske spektre af aktuelt kendte jordnære asteroider, asteroidebælteasteroider og trojanske asteroider, som er mørke asteroider med en albedo (absolut reflektans) på 0,1 eller mindre sammenlignes med spektrene for 203 Pompeja og 269 Justitia. Asteroide 162173 Ryugu er en C-type asteroide, mens Bennu (destination for NASA's OSIRIS-REx-mission) er en B-type. Asteroider af D-typen har de rødeste spektre af asteroiderne og er rigelige i den trojanske befolkning. Du kan se, at 203 Pompeja og 269 Justitia er rødere end selv den rødeste D-type asteroide.

Figuren til højre er en sammenligning af de mørke iskolde måner, Kentaurer og ydre solsystemobjekter med albedo på 0,1 eller mindre, med 203 Pompeja og 269 Justitia. Det kan ses, at 203 Pompeja og 269 Justitia har lignende spektre som disse trans-neptunske objekter.

Asteroider med et meget rødt spektrum, såsom 203 Pompeja og 269 Justitia, ikke tidligere er blevet fundet i asteroidebæltet, Cybele, Hilda eller Jupiter trojanske grupper. Men når vi ser på den ydre kant af solsystemet, disse fjerne himmellegemer og kentaurer er kendt for at have lignende eller endnu rødere spektre. Den spektroskopiske sammenligning afslørede, at 203 Pompeja og 269 Justitia deler lignende spektrale karakteristika med de ydre solsystems himmellegemer og Kentaurernes (fig. 1).

Tidligere undersøgelser har peget på overfladerne af de trans-neptunske objekter og kentaurer, som har et rødere spektre end D-type asteroiderne, være dækket af komplekst organisk stof. These two objects in the asteroid belt may therefore also be covered with organic matter.

Scientific significance of this research

The surface of trans-Neptunian objects and Centaurs are covered with complex organics, which are thought to be produced from simple organic compounds such as methane and methanol ice.

På den anden side, the analysis of meteorites thought to correspond to the D-type asteroids suggests that D-type asteroids formed further out than the carbon dioxide snow line.

The three snow lines related to this work are the water ice snow line, the carbon dioxide snow line and the organic compound snow line, and are located steadily further from the sun in this order.

Let's now look at the evolution of planetesimals from the perspective of the solar system formation model. In the classical solar system formation model, the planets did not move from their location during the early stages of formation to the present day. Imidlertid, more recent models suggest that the movement of planets such as Jupiter in the early solar system caused the gravitational field to shift and mixing to occur.

Combining the idea of the snow lines with the latest solar system formation model, the following can be supposed:

• D-type asteroids are formed in the inner region of the solar system, compared to those asteroids that have a very red spectrum. As a result of planetary migration, a number of these D-type asteroids end up in the range between the asteroid belt and the Trojan group.
• Asteroids with a very red spectra, which share an origin with outer solar system bodies and the Centaurs, are formed further out than the D-type asteroids. They are therefore less numerous in the region between the asteroid belt and Trojan group.

The distribution of asteroids within the asteroid belt show that asteroids with a very red spectra are much less common than D-type asteroids (Figure 2). This is consistent with the location of the snow lines combined with the latest solar system formation model, and is supporting evidence for this model of solar system formation.

Asteroid 162173 Ryugu, from which Hayabusa2 returned a sample, is a C-type asteroid and thought to have formed outside the water ice snow line before moving to a position closer to the Earth (Fig. 2).

Imidlertid, asteroids 203 Pompeja and 269 Justitia that were discovered here are thought to have been formed near the outer edge of the solar system beyond the distant organic snow line and then moved to the asteroid belt during the early epoch of the solar system's formation (Fig. 2).

By exploring these kinds of objects, it is highly possible that information regarding the outer regions of the solar system beyond the organic compound snow line during the solar system's formation can be obtained without having to travel to the outer edge of the solar system. This is worth considering as candidate destination mission targets in the future.