Figur 1: 203 Pompeja och 269 Justitia spektra. Horisontell axel markerar våglängd, medan den vertikala axeln visar reflektansintensiteten, normaliserad till den vid en våglängd av 0,55 mikron. Längre våglängder har en högre intensitet, som sägs vara mer "röd". Om intensiteten minskar med förlängning av våglängden, spektrat sägs bli mer "blått". Kredit:Hasegawa et al. 2021
Två asteroider (203 Pompeja och 269 Justitia) har upptäckts med ett rödare spektrum än något annat föremål i asteroidbältet mellan Mars och Jupiter. Upptäckten leddes av HASEGAWA Sunao, Associate Senior Researcher vid ISAS JAXA, med ett internationellt team av forskare från MIT, University of Hawaii, Seouls nationella universitet, Kyoto University och Laboratoire d'Astrophysique de Marseille
Dessa två asteroider har en brantare spektral lutning än asteroiderna av D-typ, som ansågs vara de rödaste föremålen i asteroidbältet. Snarare, deras spektra liknar det för trans-neptuniska objekt och kentaurer i det yttre solsystemet som har ett mycket rött spektrum.
Spektroskopiska observationer tyder på närvaron av komplext organiskt material på ytan av dessa asteroider. Det är möjligt att dessa föremål bildades nära solsystemets ytterkant och migrerade till asteroidbältet under de tidiga stadierna av solsystemets bildande. Denna upptäckt ger därför nya bevis för att planetesimaler som bildats i solsystemets ytterkant har flyttat till asteroidbältet inom Jupiters bana.
Resultaten av denna forskning publicerades i Astrofysiska tidskriftsbrev , en akademisk tidskrift från American Astronomical Society (AAS), den 26 juli, 2021.
Bakgrund
Den inre strukturen hos en stor planet som jorden är differentierad till kärnan, mantel och skorpa. Dock, sådana differentierade kroppar som förlorade det mesta av informationen om sin bildning före differentiering som inträffade under de tidiga stadierna av solsystemets bildning. För information om den eran, vi behöver undersöka odifferentierade (primitiva) objekt. Vissa meteoriter som har landat på jorden tros ha kastats ut från primitiva mindre kroppar som asteroider. Vanliga kondritmeteoriter och kolhaltiga kondritmeteoriter är typiska exempel. Vanliga kondriter tros ha härletts från himlakroppar som bildades i det inre området av solsystemet, inom vattenis snögränsen, medan kolhaltiga kondriter tros ha bildats i den yttre regionen förbi vattenisens snögräns.
Det är känt att sådana primitiva föremål upptar större delen av asteroidbältet (mellan 2,1 till 3,3 astronomiska enheter, AU) som sitter i solsystemet mellan Mars (vid 1,5 au) och Jupiter (5,2 au). Asteroider som motsvarar de vanliga kondritmeteoriterna på jorden kallas asteroider av S-typ, och ett prov från en medlem av denna S-typ-klass, asteroid 25143 Itokawa, återfördes till jorden av Hayabusa (MUSES-C). Asteroiderna som tros motsvara kolhaltiga kondriter-meteoriter är kända som asteroider av C-typ och provet från asteroiden 162173 Ryugu som returnerades av rymdfarkosten Hayabusa2 är ett exempel på denna asteroidklass.
Fördelningen av asteroider av S/C-typ inom asteroidbältet har en stor andel av asteroider av S-typ i den inre delen av asteroidbältet, medan andelen asteroider av C-typ ökar mot ytterkanten. Detta arrangemang förväntas, men det är inte en "skarp" fördelning, utan snarare "suddig". Observationen av denna fördelning anses vara bevis på att asteroider har rört sig i radiell riktning genom solsystemet och blandat sig under bildandet av det asteroidbälte vi ser idag.
Längre ut i solsystemet finns asteroiderna av D-typ. Strax utanför asteroidbältet finns en grupp små kroppar som kallas Cybeles (3,3 till 3,7 au), som till övervägande del består av asteroider av D-typ. Asteroider av D-typ utgör också halva populationen av objekt i den mer avlägsna Hilda-gruppen (3,7–4,2 au) och Jupiter-trojanerna (cirka 5,2 au). Tagish Lake-meteoriten anses vara en D-typ-relaterad meteorit och dess analys tyder på att den är den mest primitiva av de kolhaltiga kondriterna. Asteroider av D-typ är också kända för att ha ett spektra som liknar det för kometer, som är kända för att innehålla mycket flyktiga komponenter som vatten och koldioxid. Att döma av Tagish-meteoritanalys och kometobservationsresultat, man tror att asteroider av D-typ bildades bortom snögränsen för koldioxid, där koldioxid bildade fasta partiklar (liksom vattenis).
Ser mot den yttre kanten av solsystemet runt Neptunus, det finns många trans-neptuniska och kentauriska objekt som liknar asteroiderna i asteroidbältet. Några av dessa föremål har kommit i närheten av jorden som kometer, men frågan har kvarstått om det finns några föremål i asteroidbältet som har migrerat från längre bort där asteroiderna av D-typ bildades under de tidiga stadierna av solsystemets bildande.
Forskningsresultat
I asteroidbältet, asteroider med storlekar över ~100 km i diameter anses allmänt ha undvikit katastrofal förstörelse och tros vara den överlevande populationen av planetesimalerna som bildades tidigt i solsystemets bildande. Vårt internationella forskarteam genomförde därför en spektroskopisk undersökning av asteroider med diametrar på ~100 km eller mer i asteroidbältet för att inhämta nära-infraröd spektroskopisk data för objekt som inte har några tidigare erhållna observationsdata för att avslöja fördelningen av planetesimalerna och sammansättningen av sådana föremål under bildandet av asteroidbältet.
I den spektroskopiska undersökningen, vi upptäckte att 203 Pompeja, med en diameter på 110 km, har ett spektrum som är rödare än det för asteroider av D-typ (Figur 1). Vidare, granskning av tidigare observationer visade att 269 Justitia, med en diameter på 55 km och vars mycket röda spektrum hade registrerats tidigare, har en rodnad liknande den hos 203 Pompeja (fig. 1).
I den vänstra bilden, det typiska spektra av för närvarande kända jordnära asteroider, asteroidbältets asteroider och trojanska asteroider som är mörka asteroider med en albedo (absolut reflektans) på 0,1 eller mindre jämförs med spektra för 203 Pompeja och 269 Justitia. Asteroid 162173 Ryugu är en asteroid av C-typ, medan Bennu (destination för NASA:s OSIRIS-REx-uppdrag) är en B-typ. Asteroider av D-typ har de rödaste spektra av asteroiderna och är rikligt förekommande i den trojanska befolkningen. Du kan se att 203 Pompeja och 269 Justitia är rödare än till och med den rödaste asteroiden av D-typ.
Figur 2: Evolution av solsystemet. Skapad med hänvisning till Neveu &Vernazza, 2019 och DeMeo &Carry, 2014. Kredit:NASA, JAXA
Figuren till höger är en jämförelse av de mörka isiga månarna, Kentaurer och solsystemobjekt i ytterkant med albedo på 0,1 eller mindre, med 203 Pompeja och 269 Justitia. Det kan ses att 203 Pompeja och 269 Justitia har liknande spektra som dessa trans-neptuniska objekt.
Asteroider med ett mycket rött spektrum, såsom 203 Pompeja och 269 Justitia, har inte tidigare hittats i asteroidbältet, Cybele, Hilda eller Jupiter trojanska grupper. Men när vi tittar på den yttre kanten av solsystemet, dessa avlägsna himlakroppar och kentaurer är kända för att ha liknande eller ännu rödare spektra. 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.
Å andra sidan, 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. Dock, 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).
Dock, 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.
