Modeller och laboratorietester tyder på att asteroiden kan ventilera ut natriumånga när den kretsar nära solen, förklarar dess ökning i ljusstyrka.

När en komet zoomar genom det inre solsystemet, solen värmer det, vilket gör att isar under ytan förångas ut i rymden. Avluftningsångan avlägsnar damm och sten, och gasen skapar en ljus svans som kan sträcka sig miljontals miles från kärnan som en eterisk slöja.

Medan kometer innehåller många olika isar, asteroider är huvudsakligen sten och inte kända för att producera sådana majestätiska skärmar. Men en ny studie undersöker hur jordnära asteroiden Phaethon faktiskt kan uppvisa kometliknande aktivitet, trots att det saknas betydande mängder is.

Känd för att vara källan till den årliga Geminid-meteorregnen, den 3,6 mil breda (5,8 kilometer breda) asteroiden ljusnar när den kommer nära solen. Kometer beter sig vanligtvis så här:när de värms upp, deras isiga ytor förångas, får dem att bli mer aktiva och ljusare när ventilerande gaser och damm sprider mer solljus. Men vad är det som får Phaethon att ljusna om inte isar förångas?

Boven kan vara natrium. Som den nya studiens författare förklarar, Phaethon är långsträckt, 524 dagars bana tar objektet väl inom Merkurius bana, under vilken tid solen värmer asteroidens yta upp till cirka 1, 390 grader Fahrenheit (750 grader Celsius). Med en så varm bana, något vatten, koldioxid, eller kolmonoxidis nära asteroidens yta skulle ha bakats bort för länge sedan. Men vid den temperaturen, natrium kan brusa från asteroidens sten och ut i rymden.

"Phaethon är ett nyfiket föremål som blir aktivt när det närmar sig solen, " sa studieledaren Joseph Masiero, en forskare vid IPAC, en forskningsorganisation vid Caltech. "Vi vet att det är en asteroid och källan till Geminiderna. Men den innehåller lite eller ingen is, så vi var fascinerade av möjligheten att natrium, som är relativt rikligt med asteroider, kan vara det som driver denna aktivitet."

Asteroid-meteorförbindelse

Masiero och hans team inspirerades av observationer av geminiderna. När meteoroider – små bitar av stenigt skräp från rymden – sträcker sig genom jordens atmosfär som meteorer, de sönderfaller. Men innan de gör det, friktion med atmosfären gör att luften som omger meteoroiderna når tusentals grader, genererar ljus. Färgen på detta ljus representerar de element de innehåller. Natrium, till exempel, skapar en orange nyans. Geminiderna är kända för att ha låg natriumhalt.

Tills nu, det antogs att dessa små stenbitar på något sätt förlorade sitt natrium efter att ha lämnat asteroiden. Den här nya studien tyder på att natrium faktiskt kan spela en nyckelroll för att kasta ut Geminid-meteoroider från Phaethons yta.

Forskarna tror att när asteroiden närmar sig solen, dess natrium värms upp och förångas. Denna process skulle ha tömt ytan på natrium för länge sedan, men natrium i asteroiden värms fortfarande upp, förångas, och susar ut i rymden genom sprickor och sprickor i Phaethons yttersta skorpa. Dessa jetstrålar skulle ge tillräckligt med energi för att kasta ut det steniga skräpet från dess yta. Så det brusande natriumet kunde inte bara förklara asteroidens kometliknande ljusning, men också hur Geminid-meteoroiderna skulle kastas ut från asteroiden och varför de innehåller lite natrium.

"Asteroider som Phaethon har mycket svag gravitation, så det krävs inte mycket kraft för att sparka skräp från ytan eller lossa sten från en spricka, sa Björn Davidsson, en forskare vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i södra Kalifornien och en medförfattare till studien. "Våra modeller tyder på att mycket små mängder natrium är allt som behövs för att göra detta - inget explosivt, som den utbrytande ångan från en isig komets yta; det är mer av ett stadigt brus."

Labbtester krävs

För att ta reda på om natrium förvandlas till ånga och ventiler från en asteroids sten, forskarna testade prover av Allende-meteoriten, som föll över Mexiko 1969, i ett labb på JPL. Meteoriten kan ha kommit från en asteroid jämförbar med Phaethon och tillhör en klass av meteoriter, kallade kolhaltiga kondriter, som bildades under solsystemets tidigaste dagar. Forskarna värmde sedan upp flis av meteoriten till den högsta temperatur Phaethon skulle uppleva när den närmar sig solen.

"Den här temperaturen råkar vara runt den punkt som natrium flyr ut från dess steniga komponenter, sa Yang Liu, en forskare vid JPL och en studie medförfattare. "Så vi simulerade denna uppvärmningseffekt under loppet av en "dag" på Phaethon - dess tre timmars rotationsperiod - och, på att jämföra provernas mineraler före och efter våra labbtester, natriumet gick förlorat, medan de andra elementen lämnades kvar. Detta tyder på att samma sak kan hända på Phaethon och verkar överensstämma med resultaten av våra modeller."

Den nya studien stöder en växande mängd bevis för att kategorisering av små föremål i vårt solsystem som "asteroider" och "kometer" är alltför förenklat, inte bara beroende på hur mycket is de innehåller, men också vilka grundämnen som förångas vid högre temperaturer.

"Vårt senaste fynd är att om förutsättningarna är de rätta, natrium kan förklara naturen hos vissa aktiva asteroider, gör spektrumet mellan asteroider och kometer ännu mer komplext än vi tidigare insett, sa Masiero.

Studien, titeln "Volatilitet av natrium i kolhaltiga kondriter vid temperaturer som överensstämmer med låg-Perihelia-asteroider, " publicerades i The Planetary Science Journal den 16 augusti, 2021.