Descubiertas las rocas más primitivas del asteroide Ryugu

Los resultados de la investigación de la exploración de Ryugu por el explorador de asteroides, Hayabusa2, se publicaron en la revista británica online, Nature Astronomy, el 24 de mayo de 2021. El profesor asistente Naoya Sakatani (Universidad de Rikkyo) del equipo científico de Hayabusa2 es el autor principal de esta investigación.

Descubrimiento de las rocas más primitivas en Ryugu

Título del artículo: Anomalously porous boulders on (162173) Ryugu as primordial materials from its parent body

Información general
El análisis de imágenes de alta resolución capturadas durante las operaciones de proximidad cercana por Hayabusa2 al asteroide Ryugu con la Cámara Térmica de Infrarrojos (TIR) ​​y las Cámaras de Navegación Óptica (ONC) han revelado una población de rocas de porosidad ultra alta. Estos cantos rodados son lo suficientemente ligeros como para flotar en el agua.

Se cree que Ryugu se formó inicialmente como un planetesimal esponjoso que se fusionó a partir del polvo acumulado en el Sistema Solar temprano y, posteriormente, se sometió a procesos como la evolución térmica y la compresión. Este cuerpo original fue luego destruido en una colisión y fragmentos de este se volvieron a acumular en el asteroide. Sin embargo, nunca se han visto planetesimales, por lo que si realmente existieron o cómo se vieron es uno de los mayores desafíos para comprender el proceso de formación de planetas. Se cree que las rocas descubiertas en esta investigación son un material que conserva con más fuerza la apariencia de los planetesimales esponjosos que desencadenaron el nacimiento de los planetas en el Sistema Solar.

Además, los datos de todos los instrumentos científicos a bordo de Hayabusa2 que se utilizaron para examinar la superficie de Ryugu revelaron que fragmentos de material similares a los de las rocas de porosidad ultra alta se distribuyen globalmente sobre la superficie del asteroide y pueden haber sido recolectados en el muestra tomada por Hayabusa2. Si también se encuentra material altamente primitivo con la porosidad ultra alta descubierta aquí en las muestras recolectadas, aclarará la formación y la historia evolutiva del cuerpo padre de Ryugu, y también proporcionará evidencia de formación planetesimal en la etapa temprana del proceso de formación del Sistema Solar.

Texto principal
La superficie del asteroide Ryugu está densamente cubierta de rocas. Las observaciones con el TIR y el radiómetro infrarrojo (MARA) montado en el módulo de aterrizaje MASCOT han encontrado que la mayoría de estos tienen una inercia térmica más baja que la de las condritas carbonáceas que se encuentran en la Tierra. (La inercia térmica es una medida de la facilidad con la que se puede calentar o enfriar la superficie. Cuanto menor sea la inercia térmica, más rápido se puede ganar y perder calor, lo que facilita el calentamiento durante el día y el enfriamiento durante la noche). “Baja inercia térmica” de los cantos rodados es equivalente a “alta porosidad” o “baja densidad”, y la porosidad estimada de los cantos rodados en Ryugu es 30-50% (Grott et al., 2019; Sugita et al., 2019; Okada et al., 2020).

En esta investigación, hicimos un estudio completo de los datos de imágenes de proximidad TIR (resolución espacial de 45 m / píxel o mejor) adquiridos desde una altitud de 500 m o menos para buscar ubicaciones en Ryugu con temperaturas anormales. Se capturaron imágenes a baja altitud durante las operaciones de descenso de la nave espacial, como los ensayos para el aterrizaje de Hayabusa2 y el descenso para desplegar los rovers MINERVA-II y el módulo de aterrizaje MASCOT a la superficie de Ryugu. Esto reveló lugares (puntos calientes) donde la temperatura era muy alta en comparación con los alrededores en el centro de dos pequeños cráteres con un diámetro inferior a 20 m. Un análisis térmico detallado mostró que la inercia térmica de estos puntos calientes es comparable a la de la superficie lunar y más baja que en cualquier otro lugar de Ryugu.

Se obtuvo una imagen de alta resolución capturada con el ONC durante una operación de descenso para un cráter, que encontró que el punto caliente era un agregado de rocas negras de 10 cm de tamaño. Por lo tanto, las rocas negras tienen una porosidad más alta que las otras rocas de Ryugu, con un valor estimado del 70% o más. Esto corresponde a una densidad de aproximadamente 0,8 g / cc o menos; lo suficientemente ligero como para flotar en el agua (densidad 1 g / cc). La imagen es similar a una piedra pómez que se usa para eliminar las células muertas de la piel del pie.

Las imágenes ONC de alta resolución no están disponibles para mostrar los detalles del punto caliente en el segundo cráter, pero los resultados del espectrómetro de infrarrojo cercano a bordo (NIRS3) muestran una absorción a 2.72 micrones dentro del cráter debido a la presencia de grupos hidroxilo. Esto es más fuerte que la absorción en la región circundante y por lo tanto debe ser del material expuesto cuando se formó el cráter en años relativamente recientes.

En el escenario de la formación del cuerpo padre de Ryugu, un planetesimal esponjoso se formó en el Sistema Solar temprano a través de la acumulación de polvo. Este planetesimal experimentó posteriormente un calentamiento interno de los elementos radiactivos como el aluminio-26, y se comprimió debido a su propia gravedad para solidificarse más firmemente (Okada et al., 2020; Neumann et al., 2021). En esta teoría, la mayoría del cuerpo celeste padre tendría una porosidad del 30 al 50%, consistente con la mayoría de los cantos rodados de Ryugu. Sin embargo, la superficie del cuerpo original habría experimentado temperaturas más bajas que la región central y menos compresión. El material aquí podría haber mantenido el estado y las condiciones anteriores de alta porosidad desde la etapa inicial de acumulación de polvo. Los cantos rodados de porosidad ultra alta reportados en este documento son consistentes con este origen, y es más probable que sean material primitivo que retiene esta información original que la mayoría de los cantos rodados en Ryugu.

Además, la inercia térmica, la reflectancia y el color de la población principal de cantos rodados y regiones arenosas con menos cantos rodados se investigaron utilizando múltiples imágenes TIR y ONC durante las operaciones de descenso. A partir de estos, quedó claro que los datos de las regiones arenosas se pueden explicar con una mezcla en la que el componente más grande proviene de los cantos rodados ordinarios y una contribución menor proviene de los cantos rodados de porosidad ultra alta descubiertos aquí. Esto sugiere que la arena contiene escombros finos de los cantos rodados de porosidad ultra alta, que pueden haber sido recolectados durante el aterrizaje. Si este componente se encuentra en el análisis futuro de la muestra, es probable que aporte evidencia empírica significativa no solo al origen de Ryugu sino también a la teoría de la formación y evolución planetesimal.

Información de publicación del artículo

Título del artículo:
Anomalously porous boulders on (162173) Ryugu as primordial materials from its parent body

Autores:
N. Sakatani^1,*, S. Tanaka^2,3,4, T. Okada^2,5, T. Fukuhara1, L. Riu², S. Sugita⁵, R. Honda⁶, T. Morota⁵, S. Kameda¹, Y. Yokota², E. Tatsumi^7,5, K. Yumoto⁵, N. Hirata⁸, A. Miura², T. Kouyama⁹, H. Senshu¹⁰, Y. Shimaki², T. Arai1^1,36, J. Takita¹², H. Demura⁸, T. Sekiguchi¹³, T. G. Müller¹⁴, A. Hagermann¹⁵, J. Biele¹⁶, M. Grott¹⁷, M. Hamm^17,18, M. Delbo¹⁹, W. Neumann^17,20, M. Taguchi¹, Y. Ogawa⁸, T. Matsunaga²¹, T. Wada², S. Hasegawa², J. Helbert¹⁷, N. Hirata²², R. Noguchi², M. Yamada¹⁰, H. Suzuki²³, C. Honda⁸, K. Ogawa²⁴, M. Hayakawa², K. Yoshioka⁴, M. Matsuoka², Y. Cho⁵, H. Sawada², K. Kitazato⁸, T. Iwata^2,3, M. Abe², M. Ohtake⁸, S. Matsuura²⁵, K. Matsumoto^3,26, H. Noda^3,26, Y. Ishihara²⁴, K. Yamamoto²⁶, A. Higuchi²⁷, N. Namiki^3,26, G. Ono²⁸, T. Saiki², H. Imamura², Y. Takagi²⁹, H. Yano^2,3, K. Shirai²², C. Okamoto²²†, S. Nakazawa², Y. Iijima²†, M. Arakawa²², K. Wada¹⁰, T. Kadono²⁷, K. Ishibashi¹⁰, F. Terui², S. Kikuchi², T. Yamaguchi³⁰, N. Ogawa², Y. Mimasu², K. Yoshikawa², T. Takahashi³¹, Y. Takei², A. Fujii², H. Takeuchi^2,3, Y. Yamamoto², C. Hirose², S. Hosoda², O. Mori², T. Shimada², S. Soldini³², R. Tsukizaki², M. Ozaki^2,3, S. Tachibana⁵, H. Ikeda², M. Ishiguro³³, H. Yabuta³⁴, M. Yoshikawa^2,3, S. Watanabe³⁵, and Y. Tsuda^2,3.

Afiliación:
1. Department of Physics, Rikkyo University, Nishi-ikebukuro, Toshima, Tokyo, 171-8501, Japan
2. Institute of Space and Astronautical Science, Japan Aerospace Exploration Agency, Sagamihara, Kanagawa, Japan
3. The Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI), Hayama, Kanagawa, Japan
4. University of Tokyo, Kashiwa, Chiba, Japan
5. University of Tokyo, Bunkyo, Tokyo, Japan
6. Kochi University, Kochi, Kochi, Japan
7. Instituto de Astrofisica de Canarias, University of La Laguna, La Laguna, Tenerife, Spain
8. University of Aizu, Aizu-Wakamatsu, Fukushima, Japan
9. National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Koto, Tokyo, Japan
10. Chiba Institute of Technology, Narashino, Chiba, Japan
11. Ashikaga University, Ashikaga, Tochigi, Japan
12. Hokkaido Kitami Hokuto High School, Kitami, Hokkaido, Japan
13. Hokkaido University of Education, Asahikawa, Hokkaido, Japan
14. Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Germany
15. Luleå University of Technology, Kiruna, Sweden
16. German Aerospace Center (DLR), Cologne, Germany
17. German Aerospace Center (DLR), Berlin, Germany
18. University of Potsdam, Potsdam, Germany
19. Observatoire de la Côte d’Azur, CNRS, Nice, France
20. Universität Heidelberg, Heidelberg, Germany
21. National Institute for Environmental Studies, Tsukuba, Ibaraki, Japan
22. Kobe University, Kobe, Hyogo, Japan
23. Meiji University, Kawasaki, Kanagawa, Japan
24. JAXA Space Exploration Center, Japan Aerospace Exploration Agency, Sagamihara, Kanagawa, Japan
25. Kwansei Gakuin University, Hyogo, Japan
26. National Astronomical Observatory of Japan, Mitaka, Tokyo, Japan
27. University of Occupational and Environmental Health, Kitakyusyu, Fukuoka, Japan
28. Research and Development Directorate, Japan Aerospace Exploration Agency, Sagamihara, Kanagawa, Japan
29. Aichi Toho University, Nagoya, Aichi, Japan
30. Mitsubishi Electric Corporation, Kamakura, Kanagawa, Japan
31. NEC Corporation, Fuchu, Tokyo, Japan
32. University of Liverpool, Liverpool, UK
33. Seoul National University, Seoul, Korea
34. Hiroshima University, Higashi-hiroshima, Hiroshima, Japan
35. Nagoya University, Nagoya, Aichi, Japan
36. Present Address: Maebashi Institute of Technology, Maebashi, Japan
†. Deceased: C. Okamoto, Y. Iijima.

Publicación: Nature Astronomy

DOI: 10.1038/s41550-021-01371-7