La missione Hayabusa2 della Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) ha restituito campioni di asteroidi primitivi incontaminati sulla Terra. Un'analisi completa di 16 particelle dell'asteroide Ryugu ha rivelato molte intuizioni sui processi che hanno operato prima, durante e dopo la formazione del sistema solare, con alcuni che ancora modellano la superficie dell'asteroide attuale.

Dati elementari e isotopici hanno rivelato che Ryugu contiene il materiale nebulare pre-solare più primitivo (un antico disco di gas e polvere che circonda quello che sarebbe diventato il sole) ancora identificato e che alcuni materiali organici potrebbero essere stati ereditati da prima della formazione del sistema solare. Tra i materiali organici identificati c'erano gli amminoacidi, che sono i mattoni delle proteine ​​che sono in tutti gli esseri viventi sulla Terra. La scoperta di amminoacidi che formano proteine ​​in campioni di asteroidi incontaminati indica che asteroidi come Ryugu potrebbero aver seminato sulla Terra le materie prime necessarie per l'origine della vita.

Inoltre, i campioni di Ryugu hanno fornito prove sia fisiche che chimiche che Ryugu proveniva da un grande corpo ghiacciato (almeno diverse decine di km) nel sistema solare esterno, che ha subito alterazioni acquose (reazioni chimiche complesse che coinvolgono acqua liquida). Il corpo ghiacciato è stato quindi frantumato per produrre un frammento simile a una cometa (di diversi km di dimensione). Il frammento si è evoluto attraverso la sublimazione del ghiaccio per produrre l'asteroide poroso secco osservato oggi. Successivamente, l'erosione spaziale, che ha comportato il bombardamento dell'asteroide da parte di particelle provenienti dal sole e da stelle lontane, ha alterato i materiali di superficie, come la materia organica, per dare materiali con un distinto albedo (proprietà riflettenti), definendo come appare attualmente l'asteroide.

Asteroidi e comete rappresentano il materiale rimasto dopo la formazione dei pianeti che orbitano attorno al sole. Tali corpi si sarebbero inizialmente formati in un vasto disco di gas e polvere (nebulare protosolare) attorno a quello che sarebbe poi diventato il sole (protosole) e quindi possono conservare indizi sui processi che hanno operato durante questo periodo del sistema solare.

La nebulare protosolare avrebbe ruotato più velocemente verso il suo centro e questo avrebbe concentrato gran parte del materiale all'interno di questa regione. Parte del materiale iniziò quindi a cadere sulla superficie del protosole, aumentandone la temperatura. La maggiore temperatura del protosole avrebbe portato a un aumento della produzione di radiazioni, che avrebbe potuto causare la fotoevaporazione (evaporazione dovuta all'energia della luce) del materiale all'interno del sistema solare interno.

Successivamente, quando il sistema solare interno si è raffreddato, nuovo materiale si è condensato con composizioni distinte a ciò che era stato presente prima. Alla fine tali materiali si unirebbero per produrre grandi corpi (planetesimali) che poi si romperebbero a causa delle collisioni, con alcuni asteroidi di tipo S che formano. Un asteroide di tipo S (Itokawa) era l'obiettivo della missione Hayabusa, il predecessore di Hayabusa2. I campioni che sono stati restituiti sulla Terra hanno rivelato molto su tali asteroidi, compreso il modo in cui le loro superfici sono influenzate da piccoli impatti continui e confermando le identificazioni effettuate attraverso i telescopi sulla Terra.

Haybusa2 ha preso di mira un tipo molto diverso di asteroide, di tipo C, che a differenza dei tipi S conserva molto più del materiale primitivo del sistema solare esterno, che è stato molto meno influenzato dal riscaldamento del protosole. Il telescopio terrestre iniziale e le informazioni di telerilevamento della navicella Hayabusa2 hanno suggerito che Ryugu potrebbe contenere materia organica e piccole quantità di acqua (bloccata sulla superficie dei minerali o contenuta all'interno della loro struttura).

Tuttavia, gli asteroidi di tipo C sono incredibilmente difficili da studiare con tali metodi, perché sono molto scuri e i dati risultanti hanno pochissime informazioni che possono essere utilizzate per identificare materiali specifici. In quanto tale, il ritorno del campione ha rappresentato un passo molto importante per migliorare la nostra comprensione degli asteroidi di tipo C. Circa 5,4 g di campione sono stati restituiti alla Terra nel dicembre 2020 e i campioni sono stati inizialmente studiati presso la struttura di cura di fase 1 della Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) a Sagamihara, in Giappone. L'analisi geochimica completa è stata avviata nel giugno 2021 una volta che i campioni erano arrivati ​​alla struttura di conservazione della fase 2 del Pheasant Memorial Laboratory (PML), Institute for Planetary Materials, Università di Okayama, Giappone.

Inizialmente sono state ottenute le informazioni esterne e fisiche dei campioni, ma poco dopo le particelle sono state aperte utilizzando un microtomo dotato di un coltello diamantato. All'interno, le particelle hanno rivelato trame indicative di congelamento-scongelamento e una massa a grana fine di diversi minerali, con alcuni componenti a grana più grossa dispersi dappertutto. La maggior parte dei minerali erano silicati idrati chiamati fillosilicati (argilla), che si formavano attraverso reazioni chimiche che coinvolgevano minerali silicati non idrati e acqua liquida (alterazione acquosa). Insieme alle texture di congelamento-scongelamento, le prove hanno indicato che i campioni avevano sperimentato sia acqua liquida che congelata in passato.

È stato riscontrato che l'alterazione acquosa ha raggiunto il picco prima di ~ 2,6 Myr dopo la formazione del sistema solare, attraverso l'analisi del manganese e del cromo all'interno dei minerali di magnetite (ossido di ferro) e dolomite (carbonato di calcio-magnesio). Ciò significa che i materiali di Ryugu hanno sperimentato l'acqua liquida molto presto nella storia del Sistema Solare e il calore che ha sciolto il ghiaccio sarebbe stato fornito da elementi radioattivi che sopravvivono solo per un periodo di tempo relativamente breve (quasi tutto sarebbe scomparso dopo 5 Myr ).

Dopo che gran parte degli elementi radioattivi era decaduto, il corpo si sarebbe raffreddato e congelato di nuovo. Ryugu contiene anche isotopi di cromo, calcio e ossigeno che indicano che ha conservato la fonte più primitiva di materiali dalla nebula protosolare. Inoltre, i materiali organici di Ryugu registrano firme isotopiche primitive che suggeriscono la loro formazione all'interno del mezzo interstellare (la regione dello spazio tra i sistemi solari) o della nebula protosolare esterna. Insieme all'abbondante acqua e alla mancanza di qualsiasi materiale o firma del sistema solare interno, i risultati di cui sopra suggeriscono che il materiale all'interno di Ryugu era incollato insieme (accresciuto) e alterato acquoso molto presto nel sistema solare esterno.

Tuttavia, per formare acqua liquida, dal riscaldamento di un corpo roccioso-ghiacciato per decadimento radioattivo, è necessario che il corpo abbia una dimensione di almeno 10 km. Di conseguenza, Ryugu deve essere stato originariamente una parte di un corpo molto più grande, chiamato planetesimale. Si pensa che i planetesimi ghiacciati siano la fonte delle comete, che possono essere formate dalla loro rottura per collisione. Se il precursore planetesimale di Ryugu è stato colpito dopo che si è ricongelato, potrebbe essere prodotta una cometa che preserva molte delle trame originali e delle proprietà fisiche e chimiche del planetesimale.

In quanto cometa, il frammento avrebbe dovuto spostarsi dal sistema solare esterno a quello interno attraverso un percorso dinamico, che coinvolgesse le interazioni dei pianeti. Una volta nel sistema solare interno, Ryugu avrebbe quindi subito una significativa sublimazione (transizione del ghiaccio solido in gas). La modellazione in uno studio precedente ha indicato che la sublimazione potrebbe aumentare la velocità di rotazione di Ryugu e portare alla sua forma distintiva a trottola. La sublimazione potrebbe anche aver portato alla formazione di getti di vapore acqueo (come visto sulla cometa 67P) che avrebbero ridepositato materiale sotterraneo sulla superficie e lo avrebbero congelato in posizione.

Inoltre, i getti potrebbero essere in grado di spiegare alcune differenze interessanti tra i siti di campionamento in cui sono stati ottenuti i campioni di Ryugu. La missione Hayabusa2 ha campionato materiale dalla superficie stessa del sito di atterraggio 1 (TD1) e molto probabilmente materiale sotterraneo da un cratere da impatto artificiale nel sito di atterraggio 2 (TD2). Alcuni dei campioni TD1 mostrano frazionamento elementare oltre la scala mm e abbondanze sparse di B e Be. Tuttavia, tutti i campioni TD2 registrano abbondanze elementari simili alle condriti CI (un tipo di meteorite con abbondanze elementari simili al sole) e non mostrano prove di frazionamento elementare sulla scala mm. Una spiegazione è che il sito TD1 registra il materiale trascinato in un getto, portato sulla superficie del frammento simile a una cometa da molte regioni distinte del sottosuolo e rappresenta quindi un'ampia varietà di composizioni. Nel frattempo, i campioni TD2 possono rappresentare materiale proveniente da una parte di Ryugu e come tale hanno una composizione più uniforme.

Dopo la completa sublimazione del ghiaccio sulla superficie di Ryugu, si è formato un asteroide roccioso a bassa densità e altamente poroso. Mentre i processi legati all'acqua cessavano, iniziò l'erosione spaziale. La superficie di Ryugu è stata bombardata nel tempo da grandi quantità di particelle energetiche provenienti dal vento solare e dai raggi cosmici del sole e delle stelle lontane. Le particelle hanno modificato i materiali sulla superficie di Ryugu, provocando l'alterazione della materia organica in termini di struttura. Gli effetti di un tale processo erano più evidenti nelle particelle TD1 dalla superficie di Ryugu rispetto a quelle di TD2, che erano state probabilmente portate in superficie durante la creazione di un cratere da impatto artificiale. In quanto tale, l'erosione spaziale è un processo che modella ancora oggi le superfici degli asteroidi e continuerà a farlo in futuro.

Nonostante gli effetti degli agenti atmosferici spaziali, che agiscono per alterare e distruggere le informazioni contenute nella materia organica, i materiali organici primitivi sono stati rilevati anche dall'analisi geochimica completa dei campioni di Ryugu. Gli amminoacidi, come quelli che si trovano all'interno delle proteine ​​di ogni organismo vivente sulla Terra, sono stati rilevati in una particella di Ryugu. La scoperta degli amminoacidi che formano proteine ​​è importante, perché Ryugu non è stato esposto alla biosfera terrestre, come i meteoriti, e come tale la loro rilevazione dimostra che almeno alcuni dei mattoni della vita sulla Terra potrebbero essersi formati in ambienti spaziali.

Le ipotesi sull'origine della vita, come quelle che coinvolgono l'attività idrotermale, richiedono fonti di amminoacidi, con meteoriti e asteroidi come Ryugu che rappresentano forti candidati a causa del loro inventario di amminoacidi e perché tale materiale sarebbe stato prontamente consegnato alla superficie del terra primitiva. Inoltre, le caratteristiche isotopiche dei campioni Ryugu suggeriscono che materiale simile a Ryugu potrebbe aver fornito alla Terra la sua acqua, un'altra risorsa essenziale per l'origine e il mantenimento della vita sulla Terra.

Insieme, i risultati riportati dallo studio forniscono preziose informazioni sui processi che hanno colpito l'asteroide più primitivo campionato dal genere umano. Tali intuizioni hanno già iniziato a cambiare la nostra comprensione degli eventi avvenuti prima del sistema solare e fino ai giorni nostri. Il lavoro futuro sui campioni Ryugu continuerà senza dubbio a migliorare la nostra conoscenza del sistema solare e oltre.

La ricerca è stata pubblicata in Proceedings of the Japan Academy . + Esplora ulteriormente

Due team riferiscono sullo studio dei campioni di asteroide Hayabusa2