Asteroidefragmenter, der skal studeres ved hjælp af specialiserede røntgenteknikker

Ved hjælp af røntgenteknikker, videnskabsmænd vil studere små pletter af asteroide 162173 Ryugu, indsamlet af en japansk rummission. At lære mere om, hvordan denne asteroide blev dannet, vil fremme vores forståelse af solsystemet, inklusive Jordens dannelse.

Det er ikke ualmindeligt, at forskere bringer interessante objekter tusindvis af kilometer til det amerikanske energiministeriums (DOE) Argonne National Laboratory for undersøgelse. Men det er rimeligt at sige, at den seneste af disse, der landede i laboratoriet, kom fra meget, meget længere væk, og deres rejse til Argonne var enestående.

Et hold af Argonne-forskere er blandt de få grupper rundt om i verden, der er udvalgt til at studere bittesmå fragmenter af en asteroide. Disse støvpartikler kom fra 162173 Ryugu, del af en gruppe af jordnære objekter kaldet Apollo-asteroiderne. Denne asteroides bane bringer den inden for 60, 000 miles - omkring en fjerdedel af afstanden til månen - en gang hver 16. måned.

Fragmenterne blev indsamlet af Hayabusa2, en mission drevet af det japanske rumagentur, JAXA.

Disse klippestykker er bemærkelsesværdigt små - hver er omkring 200 mikrometer i diameter, på størrelse med tre menneskehår. Men de bærer information med sig om, hvordan disse asteroider blev dannet, og kan fortælle os længe skjulte hemmeligheder om solsystemets tidlige dage, inklusive Jorden selv.

Argonne Distinguished Fellow Esen Ercan Alp leder forskerholdet ved hjælp af ultralyse røntgenstråler fra Advanced Photon Source (APS), en DOE Office of Science brugerfacilitet i Argonne, at undersøge asteroideprøverne. Alp og hans kolleger arbejdede i årevis for at blive inkluderet i den internationale gruppe af videnskabsmænd, der tog et første jordisk kig på disse fragmenter.

"Det er meget spændende, " sagde Alp. "Vi har forberedt dette projekt i to år. Vi har øvet vores røntgenteknikker på prøver fra meteoritter, der faldt til Jorden, men de var bare en øvelse for den ægte vare."

APS er det eneste amerikanske anlæg valgt til at studere disse fragmenter, og ifølge Alp, det er på grund af en særlig røntgenteknik, han og hans team har specialiseret sig i:Mössbauer-spektroskopi. Opkaldt efter den tyske fysiker Rudolf Mössbauer, denne teknik er meget følsom over for små ændringer i prøvernes kemi, og det giver videnskabsmænd mulighed for at bestemme den kemiske sammensætning af disse fragmenter partikel for partikel.

Det er en teknik Argonne har udviklet siden 1960'erne, og laboratoriet er verdensførende inden for dets anvendelse.

Over en første række observationer i juni og juli, Argonne-teamet - som omfatter beamline-forsker Barbara Lavina (fra University of Chicago og Argonne) og fysiker Jiyong Zhao - tog aflæsninger af 25 forskellige pletter på disse fragmenter ved hjælp af røntgenspredningsmetoder ved beamline 3-ID-B ved APS. I september, fragmenterne vil vende tilbage til Argonne, og holdet vil tage mere omfattende aflæsninger ved hjælp af Mössbauers spektroskopiteknikker.

Lavina, hvis baggrund er i geologi, er især begejstret for chancen for at studere sten, der bogstaveligt talt ikke er af denne jord, og som ikke ville have overlevet en rejse til Jorden, hvis de ikke var opbevaret sikkert i et rumfartøj. Hun bemærkede, at den teknik, holdet brugte, er designet til nøje at undersøge jernets tilstand i prøver som disse.

"Iron er blandt de bedste rekordholdere i en rocks historie, " sagde Lavina. "Vi vil have en unik chance for at optrevle en nøglebrik i puslespillet, som er dannelsen og udviklingen af ​​vores solsystem."

Spændingen ved at være blandt de første til overhovedet at se disse asteroidefragmenter forstærkes kun af deres fantastiske rejse fra det dybe rum. Bare det at få Hayabusa2-modulet til 162173 Ryugu tog mere end tre år. Modulet landede på asteroiden i juni 2018 og fortsatte med at undersøge den i halvandet år.

Som en del af den mission, landeren indsatte en kinetisk penetrator, en lille eksplosiv enhed, der knækkede asteroidens overflade, oprøring af sten og støv, der derefter blev opsamlet.

I november 2019, Hayabusa2-raketten forlod asteroidens kredsløb, og det returnerede sin dyrebare last til Jorden i december 2020. Selvom det var den fjerneste del af fragmenternes rejse til Argonne, det var måske ikke det farligste, da otte af disse bittesmå prøver blev anbragt i en kasse og sendt via Federal Express fra Japan til Illinois.

"Vi fulgte sporingsinformationen ret nøje, " jokede Lavina, samtidig med at det bemærkes, at prøverne ankom sikkert.

Resultaterne af Argonne-teamets arbejde er skjult, og vil ikke blive afsløret, før et papir er udarbejdet og offentliggjort. Asteroidefragmenterne, i mellemtiden, er blevet sendt til en anden videnskabelig facilitet, denne i Europa, hvor et andet forskerhold får mulighed for at observere dem.

Alp og hans kolleger forventer endnu en mulighed for at lære mere om disse overjordiske objekter og at omsætte deres veludviklede røntgenteknikker i praksis.

"Det er meget vigtigt at være en del af en international indsats som denne, " sagde Alp. "Vores første runde var ret vellykket, men vi er lige begyndt."