Stenprover som tagits tillbaka till jorden från asteroiden Ryugu har fått sin elementära sammansättning analyserad med en artificiellt genererad myonstråle från partikelacceleratorn i J-PARC. Forskare fann ett antal viktiga element som behövs för att upprätthålla liv, inklusive kol, kväve och syre, men fann också att syreförekomsten i förhållande till kisel i asteroiden Ryugu skilde sig från alla meteoriter som har hittats på jorden, rapporterar en ny studie i Vetenskap .

2014 lanserades den obemannade asteroidutforskaren Hayabusa 2 ut i rymden av Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) med ett uppdrag att ta tillbaka prover från asteroiden Ryugu, en asteroid av typ C som forskare trodde var rik på kol. Efter att ha lyckats landa på Ryugu och samla in prover, återvände Hayabusa 2 till jorden i december 2020 med proverna intakta.

Sedan 2021 har forskare genomfört de första analyserna av proverna, ledda av professor Shogo Tachibana vid University of Tokyo. Uppdelat i flera team har forskare studerat proverna på olika sätt, inklusive stenformer, elementarfördelning och mineralsammansättning.

I denna studie ledd av professor Tomoki Nakamura vid Tohoku-universitetet, professor Tadayuki Takahashi och doktorand Shunsaku Nagasawa från Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU), University of Tokyo, i samarbete med High Energy Accelerator Research Organization (KEK) Institute for Materials Structure Science, Osaka University, Japan Atomic Energy Agency (JAEA), Kyoto University, International Christian University, Institute of Space and Astronautical Science (ISAS), och Tohoku University, har tillämpat elementaranalysmetoder med hjälp av negativa myoner, elementarpartiklar som produceras av acceleratorn vid J-PARC.

De tillämpade elementaranalysmetoden med negativa myoner på stenar från asteroiden Ryugu, och lyckades oförstörande bestämma deras elementära sammansättningar.

Detta var viktigt, för om asteroider i solsystemet byggdes i början av bildandet av själva solsystemet, så skulle de fortfarande hålla inne information om den genomsnittliga elementära sammansättningen vid den tiden, och därför om hela solsystemet.

Analyser av meteoriter som har fallit till jorden har utförts tidigare, men det är möjligt att dessa prover har förorenats av jordens atmosfär. Så fram till Hayabusa 2 visste ingen vad den kemiska sammansättningen av en asteroid var.

Men forskarna stod inför en utmaning. På grund av den begränsade mängden prover och det stora antalet andra forskare som ville studera dem, behövde de hitta ett sätt att köra sina analyser utan att skada dem så att proverna kunde skickas vidare till andra grupper.

Teamet hade utvecklat en ny metod, som involverade att skjuta en kvantstråle, eller specifikt en stråle av negativa myoner, producerad av en av världens största högenergipartikelacceleratorer J-PARC i prefekturen Ibaraki, Japan, för att identifiera de kemiska elementen i känsliga prover utan att bryta dem.

Takahashi och Nagasawa tillämpade sedan statistisk analysteknik i röntgenastronomi och partikelfysikexperiment för att analysera myonkarakteristisk röntgen.

Myoner är en av de elementära partiklarna i universum. Deras förmåga att tränga djupare in i material än röntgenstrålar gör dem idealiska vid materialanalys. När en negativ myon fångas upp av det bestrålade provet bildas en muonatom. De muoniska röntgenstrålarna som emitteras från de nya muonatomerna har hög energi och kan därför detekteras med hög känslighet. Denna metod användes för att analysera Ryugu-proverna.

Men det fanns en annan utmaning. För att förhindra att proverna kontamineras av jordens atmosfär behövde forskarna hålla proverna ur kontakt med syre och vatten i luften. Därför var de tvungna att utveckla en experimentell uppställning, där provet placerades i en kammare av heliumgas. Kammarens innerväggar kläddes med ren koppar för att minimera bakgrundsljudet vid analys av proverna.

I juni 2021 fördes 0,1 gram Ryugu-asteroid in i J-PARC, och forskarna körde sin muonröntgenanalys, som producerade ett energispektrum. I den hittade de de grundämnen som behövdes för att producera liv, kol, kväve och syre, men de fann också att provet hade en sammansättning som liknar den hos kolhaltiga kondrit (CI-kondrit) asteroider, som ofta kallas standarden för fasta ämnen i solsystemet. Detta visade att Ryugu-stenarna var några av de tidigaste stenarna som har bildats i vårt solsystem.

Men även om den liknar CI-kondriternas sammansättning, var Ryugu-provets syreförekomst i förhållande till kisel cirka 25 procent mindre än CI-kondritens. Forskarna säger att detta kan tyda på att överflöd av syre i förhållande till kisel i CI-kondriter kan ha kommit från kontaminering efter att de kommit in i jordens atmosfär. Ryugu-stenar kan sätta en ny standard för materia i solsystemet. + Utforska vidare

Dammkorn från asteroiden Ryugu äldre än vårt solsystem