Figura 1:Spettri 203 Pompeja e 269 Justitia. L'asse orizzontale segna la lunghezza d'onda, mentre l'asse verticale mostra l'intensità di riflettanza, normalizzato a quello alla lunghezza d'onda di 0,55 micron. Le lunghezze d'onda più lunghe hanno una maggiore intensità, che si dice sia più "rosso". Se l'intensità diminuisce con l'allungamento della lunghezza d'onda, si dice che gli spettri diventino più "blu". Credito:Hasegawa et al. 2021
Sono stati scoperti due asteroidi (203 Pompeja e 269 Justitia) con uno spettro più rosso di qualsiasi altro oggetto nella fascia di asteroidi tra Marte e Giove. La scoperta è stata guidata da HASEGAWA Sunao, Ricercatore senior associato presso ISAS JAXA, con un team internazionale di ricercatori del MIT, l'Università delle Hawaii, Università Nazionale di Seul, Università di Kyoto e Laboratoire d'Astrophysique de Marseille
Questi due asteroidi hanno una pendenza spettrale più ripida rispetto agli asteroidi di tipo D, che si pensava fossero gli oggetti più rossi della cintura di asteroidi. Piuttosto, i loro spettri assomigliano a quelli degli oggetti transnettuniani e dei Centauri nel sistema solare esterno che hanno uno spettro molto rosso.
Le osservazioni spettroscopiche suggeriscono la presenza di materia organica complessa sulla superficie di questi asteroidi. È possibile che questi oggetti si siano formati vicino al bordo esterno del sistema solare e siano migrati nella fascia degli asteroidi durante le prime fasi della formazione del sistema solare. Questa scoperta fornisce quindi nuove prove che i planetesimi formati ai margini esterni del sistema solare si sono spostati nella fascia degli asteroidi all'interno dell'orbita di Giove.
I risultati di questa ricerca sono stati pubblicati nel Lettere per riviste astrofisiche , una rivista accademica dell'American Astronomical Society (AAS), il 26 luglio, 2021.
Sfondo
La struttura interna di un grande pianeta come la Terra è differenziata nel nucleo, mantello e crosta. Però, tali corpi differenziati che hanno perso la maggior parte delle informazioni sulla loro formazione prima della differenziazione avvenuta durante le prime fasi della formazione del sistema solare. Per informazioni su quell'epoca, dobbiamo esaminare oggetti indifferenziati (primitivi). Si pensa che alcuni meteoriti atterrati sulla Terra siano stati espulsi da corpi minori primitivi come gli asteroidi. I meteoriti di condrite ordinarie e le meteoriti di condrite carboniosa sono esempi tipici. Si pensa che le condriti ordinarie siano derivate da corpi celesti formati nella regione interna del sistema solare, all'interno della linea della neve ghiacciata, mentre si pensa che le condriti carboniose si siano formate nella regione esterna oltre la linea della neve ghiacciata.
È noto che tali oggetti primitivi occupano la maggior parte della fascia degli asteroidi (tra 2,1 e 3,3 unità astronomiche, AU) che si trova nel sistema solare tra Marte (a 1,5 au) e Giove (5,2 au). Gli asteroidi che corrispondono ai normali meteoriti di condrite sulla Terra sono chiamati asteroidi di tipo S, e un campione di un membro di questa classe di tipo S, asteroide 25143 Itokawa, è stato riportato sulla Terra dall'Hayabusa (MUSES-C). Gli asteroidi che si ritiene corrispondano a meteoriti condriti carboniose sono noti come asteroidi di tipo C e il campione dell'asteroide 162173 Ryugu restituito dalla navicella spaziale Hayabusa2 è un esempio di questa classe di asteroidi.
La distribuzione degli asteroidi di tipo S/C all'interno della cintura di asteroidi ha una grande proporzione di asteroidi di tipo S nella parte interna della cintura di asteroidi, mentre la proporzione di asteroidi di tipo C aumenta verso il bordo esterno. Questa disposizione è prevista, ma non è una distribuzione "acuta", ma piuttosto "sfocato". L'osservazione di questa distribuzione è considerata una prova che gli asteroidi si sono mossi in direzione radiale attraverso il sistema solare e si sono mescolati durante la formazione della fascia di asteroidi che vediamo oggi.
Più lontano nel sistema solare ci sono gli asteroidi di tipo D. Appena fuori dalla cintura degli asteroidi ci sono un gruppo di piccoli corpi noti come Cibele (da 3,3 a 3,7 au), che consistono prevalentemente di asteroidi di tipo D. Gli asteroidi di tipo D formano anche metà della popolazione di oggetti nel più distante gruppo Hilda (3,7-4,2 au) e quello dei Troiani di Giove (circa 5,2 au). Il meteorite del Lago Tagish è considerato un meteorite di tipo D e la sua analisi suggerisce che sia il più primitivo delle condriti carboniose. Gli asteroidi di tipo D sono anche noti per avere uno spettro simile a quello delle comete, che sono noti per contenere molti componenti volatili come acqua e anidride carbonica. A giudicare dall'analisi del meteorite Tagish e dai risultati dell'osservazione della cometa, si pensa che gli asteroidi di tipo D si siano formati oltre la linea delle nevi di anidride carbonica, dove l'anidride carbonica ha formato particelle solide (così come il ghiaccio d'acqua).
Guardando verso il limite esterno del sistema solare intorno a Nettuno, ci sono molti oggetti transnettuniani e centauri che ricordano gli asteroidi della fascia degli asteroidi. Alcuni di questi oggetti sono arrivati nelle vicinanze della Terra come comete, ma è rimasta la domanda se ci siano oggetti nella fascia degli asteroidi che sono migrati da più lontano dove si sono formati gli asteroidi di tipo D durante le prime fasi della formazione del sistema solare.
Risultati della ricerca
Nella fascia degli asteroidi, si ritiene generalmente che gli asteroidi con dimensioni superiori a ~100 km di diametro abbiano evitato la distruzione catastrofica e si pensa che siano la popolazione sopravvissuta dei planetesimi che si sono formati all'inizio della formazione del sistema solare. Il nostro team di ricerca internazionale ha quindi condotto un'indagine spettroscopica di asteroidi con diametri di ~100 km o più nella fascia degli asteroidi per acquisire dati spettroscopici nel vicino infrarosso per oggetti che non avevano dati osservativi precedentemente ottenuti al fine di scoprire la distribuzione dei planetesimi e la composizione di tali oggetti durante la formazione della cintura di asteroidi.
Nell'indagine spettroscopica, abbiamo scoperto che 203 Pompeja, con un diametro di 110 km, ha uno spettro più rosso anche di quello degli asteroidi di tipo D (Figura 1). Per di più, l'esame delle osservazioni passate ha rivelato che 269 Justitia, con un diametro di 55 km e il cui spettro molto rosso era stato precedentemente registrato, ha un rossore simile a quello di 203 Pompeja (Fig. 1).
Nella figura di sinistra, gli spettri tipici degli asteroidi Near-Earth attualmente conosciuti, asteroidi della fascia di asteroidi e asteroidi troiani che sono asteroidi scuri con un albedo (riflettenza assoluta) di 0,1 o meno viene confrontato con gli spettri di 203 Pompeja e 269 Justitia. L'asteroide 162173 Ryugu è un asteroide di tipo C, mentre Bennu (destinazione della missione OSIRIS-REx della NASA) è di tipo B. Gli asteroidi di tipo D hanno gli spettri più rossi degli asteroidi e sono abbondanti nella popolazione troiana. Puoi vedere che 203 Pompeja e 269 Justitia sono più rossi anche del più rosso asteroide di tipo D.
Figura 2: Evoluzione del Sistema Solare. Creato in riferimento a Neveu &Vernazza, 2019 e DeMeo &Carry, 2014. Credito:NASA, JAXA
La figura a destra è un confronto tra le lune scure e ghiacciate, Centauri e oggetti del sistema solare del bordo esterno con albedo di 0,1 o meno, con 203 Pompeja e 269 Justitia. Si può vedere che 203 Pompeja e 269 Justitia hanno spettri simili a questi oggetti transnettuniani.
Asteroidi con uno spettro molto rosso, come 203 Pompeja e 269 Justitia, non sono stati precedentemente trovati nella cintura di asteroidi, Cibele, Gruppi di Hilda o Giove Trojan. Ma se osserviamo il limite esterno del sistema solare, questi lontani corpi celesti e Centauri sono noti per avere spettri simili o addirittura più rossi. The spectroscopic comparison revealed that 203 Pompeja and 269 Justitia share similar spectral characteristics with the outer solar system celestial bodies and those of the Centaurs (Fig. 1).
Previous studies have pointed to the surfaces of the trans-Neptunian objects and Centaurs, which have a redder spectra than the D-type asteroids, being covered with complex organic matter. 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.
D'altra parte, 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. Però, 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:
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).
Però, 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.
