Med hjälp av röntgentekniker, forskare kommer att studera små fläckar av asteroiden 162173 Ryugu, samlas in av ett japanskt rymduppdrag. Att lära sig mer om hur denna asteroid bildades kommer att främja vår förståelse av solsystemet, inklusive jordens formation.

Det är inte ovanligt att forskare tar med sig intressanta föremål tusentals kilometer till U.S. Department of Energys (DOE) Argonne National Laboratory för studier. Men det är rättvist att säga att den senaste av dessa som landade på laboratoriet kom från mycket, mycket längre bort, och deras resa till Argonne var unik.

Ett team av Argonne-forskare är bland de få grupper runt om i världen som valts ut för att studera små fragment av en asteroid. Dessa dammpartiklar kom från 162173 Ryugu, del av en grupp av jordnära objekt som kallas Apollo-asteroiderna. Denna asteroids omloppsbana tar den inom 60, 000 miles - ungefär en fjärdedel av avståndet till månen - en gång var 16:e månad.

Fragmenten samlades in av Hayabusa2, ett uppdrag som drivs av den japanska rymdorganisationen, JAXA.

Dessa stenbitar är anmärkningsvärt små - var och en är cirka 200 mikron i diameter, ungefär lika stor som tre människohår. Men de bär med sig information om hur dessa asteroider bildades, och kan berätta för oss länge dolda hemligheter om solsystemets tidiga dagar, inklusive jorden själv.

Argonne Distinguished Fellow Esen Ercan Alp leder forskargruppen som använder ultraljusa röntgenstrålar från Advanced Photon Source (APS), en DOE Office of Science User Facility i Argonne, för att undersöka asteroidproverna. Alp och hans kollegor arbetade i åratal för att inkluderas i den internationella gruppen av forskare som tog en första jordisk titt på dessa fragment.

"Det här är väldigt spännande, ", sa Alp. "Vi har förberett oss för det här projektet i två år. Vi har övat våra röntgentekniker på prover från meteoriter som föll till jorden, men de var bara en repetition för den äkta varan."

APS är den enda amerikanska anläggningen som valts ut för att studera dessa fragment, och enligt Alp, det beror på en speciell röntgenteknik som han och hans team är specialiserade på:Mössbauer-spektroskopi. Uppkallad efter den tyske fysikern Rudolf Mössbauer, denna teknik är mycket känslig för små förändringar i provernas kemi, och det tillåter forskare att bestämma den kemiska sammansättningen av dessa fragment partikel för partikel.

Det är en teknik som Argonne har utvecklat sedan 1960-talet, och laboratoriet är världsledande i dess användning.

Under en första serie observationer i juni och juli, Argonne-teamet – som inkluderar strållinjeforskaren Barbara Lavina (vid University of Chicago och Argonne) och fysikern Jiyong Zhao – tog avläsningar av 25 olika fläckar på dessa fragment med hjälp av röntgenspridningsmetoder vid strållinje 3-ID-B vid APS. I september, fragmenten kommer att återvända till Argonne och teamet kommer att göra mer omfattande avläsningar med Mössbauers spektroskopitekniker.

Lavina, vars bakgrund är i geologi, är särskilt upphetsad över chansen att studera stenar som bokstavligen inte är av denna jord och som inte skulle ha överlevt en resa till jorden om de inte hade förvarats säkert i en rymdfarkost. Hon noterade att tekniken som teamet använde är utformad för att noggrant undersöka järnets tillstånd i prover som dessa.

"Iron är bland de bästa rekordhållarna i en rocks historia, " sa Lavina. "Vi kommer att få en unik chans att reda ut en nyckelbit i pusslet som är bildningen och utvecklingen av vårt solsystem."

Spänningen att vara bland de första att ens se dessa asteroidfragment förstärks bara av deras fantastiska resa från rymden. Bara att få Hayabusa2-modulen till 162173 Ryugu tog mer än tre år. Modulen landade på asteroiden i juni 2018 och fortsatte med att undersöka den i ett och ett halvt år.

Som en del av det uppdraget, landaren satte in en kinetisk penetrator, en liten explosiv anordning som bröt asteroidens yta, rör upp stenar och damm som sedan samlades upp.

I november 2019, Hayabusa2-raketen lämnade asteroidens bana, och den återlämnade sin dyrbara last till jorden i december 2020. Även om det var den längsta delen av fragmentens resa till Argonne, det kanske inte var det farligaste, eftersom åtta av dessa små prover placerades i en låda och skickades via Federal Express från Japan till Illinois.

"Vi tittade ganska noga på spårningsinformationen, " skämtade Lavina, samtidigt som man noterar att proverna anlände säkert.

Resultaten av Argonne-teamets arbete är under hölje, och kommer inte att avslöjas förrän en tidning är förberedd och publicerad. Asteroidfragmenten, under tiden, har skickats till en annan vetenskaplig anläggning, den här i Europa, där ett annat forskarlag får en chans att observera dem.

Alp och hans kollegor ser fram emot ett andra tillfälle att lära sig mer om dessa utomjordiska föremål och att omsätta deras välslipade röntgentekniker i praktiken.

"Det är väldigt viktigt att vara en del av en internationell strävan som denna, " sa Alp. "Vår första omgång var ganska framgångsrik, men vi har bara börjat."