I campioni di pietra riportati sulla Terra dall'asteroide Ryugu hanno avuto la loro composizione elementare analizzata utilizzando un raggio di muoni generato artificialmente dall'acceleratore di particelle in J-PARC. I ricercatori hanno scoperto una serie di elementi importanti necessari per sostenere la vita, tra cui carbonio, azoto e ossigeno, ma hanno anche scoperto che l'abbondanza di ossigeno rispetto al silicio nell'asteroide Ryugu era diversa da tutti i meteoriti trovati sulla Terra, riporta un nuovo studio in Scienza .

Nel 2014, l'esploratore di asteroidi senza equipaggio Hayabusa 2 è stato lanciato nello spazio dalla Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) con la missione di riportare campioni dall'asteroide Ryugu, un asteroide di tipo C che i ricercatori credevano fosse ricco di carbonio. Dopo essere atterrato con successo su Ryugu e aver raccolto campioni, Hayabusa 2 è tornato sulla Terra nel dicembre 2020 con campioni intatti.

Dal 2021, i ricercatori hanno condotto le prime analisi dei campioni, guidati dal professor Shogo Tachibana dell'Università di Tokyo. Divisi in diversi team, i ricercatori hanno studiato i campioni in diversi modi, comprese le forme della pietra, la distribuzione degli elementi e la composizione minerale.

In questo studio, guidato dal professor Tomoki Nakamura dell'Università di Tohoku, dal professor Tadayuki Takahashi e dallo studente laureato Shunsaku Nagasawa del Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU), University of Tokyo, in collaborazione con l'High Energy Accelerator Research Organization (KEK) Institute for Materials Structure Science, Osaka, Japan Atomic Energy Agency (JAEA), Kyoto University, International Christian University, Institute of Space and Astronautical Science (ISAS) e Tohoku University, hanno applicato metodi di analisi elementare utilizzando muoni negativi, particelle elementari prodotte dall'acceleratore a J-PARC.

Hanno applicato il metodo dell'analisi elementare utilizzando muoni negativi alle pietre dell'asteroide Ryugu, riuscendo a determinare in modo non distruttivo le loro composizioni elementari.

Questo era importante, perché se gli asteroidi nel sistema solare fossero stati costruiti all'inizio della formazione del sistema solare stesso, avrebbero comunque nascosto le informazioni sulla composizione elementare media in quel momento, e quindi sull'intero sistema solare.

In passato sono state effettuate analisi di meteoriti caduti sulla Terra, ma è possibile che questi campioni siano stati contaminati dall'atmosfera terrestre. Quindi, fino a Hayabusa 2, nessuno sapeva con certezza quale fosse la composizione chimica di un asteroide.

Ma i ricercatori hanno affrontato una sfida. A causa della quantità limitata di campioni e del gran numero di altri ricercatori che desideravano studiarli, avevano bisogno di trovare un modo per eseguire le loro analisi senza danneggiarli in modo che i campioni potessero essere trasmessi ad altri gruppi.

Il team aveva sviluppato un nuovo metodo, che prevedeva l'emissione di un raggio quantistico, o in particolare un raggio di muoni negativi, prodotto da uno dei più grandi acceleratori di particelle ad alta energia del mondo J-PARC nella prefettura di Ibaraki, in Giappone, per identificare gli elementi chimici di campioni sensibili senza romperli.

Takahashi e Nagasawa hanno quindi applicato tecniche di analisi statistica nell'astronomia a raggi X e negli esperimenti di fisica delle particelle per analizzare i raggi X caratteristici dei muoni.

I muoni sono una delle particelle elementari dell'universo. La loro capacità di penetrare più in profondità nei materiali rispetto ai raggi X li rende ideali nell'analisi dei materiali. Quando un muone negativo viene catturato dal campione irradiato, si forma un atomo muonico. I raggi X muonici emessi dai nuovi atomi muonici hanno un'elevata energia e quindi possono essere rilevati con un'elevata sensibilità. Questo metodo è stato utilizzato per analizzare i campioni Ryugu.

Ma c'era un'altra sfida. Per evitare che i campioni venissero contaminati dall'atmosfera terrestre, i ricercatori dovevano mantenere i campioni fuori dal contatto con l'ossigeno e l'acqua nell'aria. Pertanto, hanno dovuto sviluppare una configurazione sperimentale, incastrando il campione in una camera di gas elio. Le pareti interne della camera sono state rivestite con rame puro per ridurre al minimo il rumore di fondo durante l'analisi dei campioni.

Nel giugno 2021, 0,1 grammi di asteroide Ryugu sono stati introdotti nel J-PARC e i ricercatori hanno eseguito la loro analisi ai raggi X del muone, che ha prodotto uno spettro di energia. In esso, hanno trovato gli elementi necessari per produrre la vita, carbonio, azoto e ossigeno, ma hanno anche scoperto che il campione aveva una composizione simile a quella degli asteroidi di condrite carboniosa (condrite CI), che sono spesso indicati come lo standard per le sostanze solide nel sistema solare. Ciò ha mostrato che le pietre Ryugu erano alcune delle prime pietre ad essersi formate nel nostro sistema solare.

Tuttavia, sebbene simile nella composizione alle condriti CI, l'abbondanza di ossigeno del campione Ryugu rispetto al silicio era circa il 25% inferiore a quella della condrite CI. I ricercatori affermano che questo potrebbe indicare che l'abbondanza di ossigeno in eccesso rispetto al silicio nelle condriti CI potrebbe provenire dalla contaminazione dopo che sono entrate nell'atmosfera terrestre. Le pietre di Ryugu potrebbero stabilire un nuovo standard per la materia nel sistema solare. + Esplora ulteriormente

Granelli di polvere dell'asteroide Ryugu più vecchi del nostro sistema solare