Istraživači koriste zrake miona za analizu elementarnog sastava uzoraka asteroida Ryugu


Istraživači su koristili zrake miona za analizu elementarnog sastava uzoraka asteroida Ryugu

(lijevo) mionska rendgenska zraka nastala nakon što je mion uhvatio ozračeni materijal i (desno) uzorak asteroida Ryugu. Zasluge: (lijeva slika) Tim za analizu miona, (desna slika) JAXA

Elementarni sastav uzoraka kamena donesenih na Zemlju s asteroida Ryugu analiziran je pomoću umjetno generirane mionske zrake iz akceleratora čestica u J-PARC-u. Istraživači su otkrili niz važnih elemenata potrebnih za održavanje života, uključujući ugljik, dušik i kisik, ali su također otkrili da se obilje kisika u odnosu na silicij u asteroidu Ryugu razlikuje od svih meteorita koji su pronađeni na Zemlji, izvještava nova studija u Znanost.

U 2014., bespilotni istraživač asteroida Hayabusa 2 lansiran je u svemir od strane Japanske agencije za istraživanje svemira (JAXA) s misijom da donese uzorke s asteroida Ryugu, asteroida tipa C za koji su istraživači vjerovali da je bogat ugljikom. Nakon uspješnog slijetanja na Ryugu i prikupljanja uzoraka, Hayabusa 2 vratila se na Zemlju u prosincu 2020. s netaknutim uzorcima.

Od 2021. istraživači provode prve analize uzoraka, koje vodi profesor Shogo Tachibana sa Sveučilišta u Tokiju. Podijeljeni u nekoliko timova, istraživači su proučavali uzorke na različite načine, uključujući oblike kamena, distribuciju elemenata i mineralni sastav.

U ovoj studiji koju su vodili profesor Tomoki Nakamura sa Sveučilišta Tohoku, profesor Tadayuki Takahashi i diplomirani student Shunsaku Nagasawa s Kavli instituta za fiziku i matematiku svemira (Kavli IPMU), Sveučilište u Tokiju, u suradnji s High Energy Accelerator Research Organisation (KEK) Institut za znanost o strukturi materijala, Sveučilište Osaka, Japanska agencija za atomsku energiju (JAEA), Sveučilište Kyoto, Međunarodno kršćansko sveučilište, Institut za svemirske i astronautičke znanosti (ISAS) i Sveučilište Tohoku, primijenili su metode elementarne analize koristeći negativne mione, elementarne čestice proizvodi akcelerator u J-PARC-u.

Primijenili su metodu elementarne analize koristeći negativne mione na kamenje s asteroida Ryugu, uspjevši nedestruktivno odrediti njihov elementarni sastav.

Istraživači su koristili zrake miona za analizu elementarnog sastava uzoraka asteroida Ryugu

Eksperimentalna postavka izrađena po narudžbi razvijena je kako bi se izbjegla kontaminacija uzoraka Zemljinom atmosferom. Unutrašnjost je ispunjena plinom helijem, a komora je obložena čistim bakrom kako bi se smanjila pozadinska buka. Zasluge: Tim za analizu miona

To je bilo važno, jer da su asteroidi u Sunčevom sustavu izgrađeni na početku formiranja samog Sunčevog sustava, tada bi i dalje skrivali informacije o prosječnom elementarni sastav u to vrijeme, a samim time i cijelog Sunčevog sustava.

Analiza meteorita koji su pali na Zemlju provedena je u prošlosti, no moguće je da su ti uzorci kontaminirani Zemljinom atmosferom. Dakle, do Hayabuse 2 nitko nije sa sigurnošću znao kakav je kemijski sastav asteroida.

Ali istraživači su se suočili s izazovom. Zbog ograničene količine uzoraka i velikog broja drugih istraživača koji su ih željeli proučavati, morali su pronaći način da provedu svoje analize bez da ih oštete kako bi se uzorci mogli proslijediti drugim skupinama.

Tim je razvio novu metodu koja je uključivala pucanje kvantne zrake, točnije zrake negativnih miona, koju je proizveo jedan od najvećih svjetskih akceleratora čestica visoke energije J-PARC u prefekturi Ibaraki u Japanu, kako bi identificirali kemijske elemente osjetljive uzorke bez njihovog lomljenja.

Istraživači su koristili zrake miona za analizu elementarnog sastava uzoraka asteroida Ryugu

Mionska rendgenska spektralna usporedba uzorka asteroida Ryugu i CI hondrita Orgueil. Zasluge: Tim za analizu miona

Takahashi i Nagasawa zatim su primijenili tehnike statističke analize u eksperimentima rendgenske astronomije i fizike čestica za analizu mionskih karakterističnih rendgenskih zraka.

Mioni su jedne od elementarnih čestica u svemiru. Njihova sposobnost prodiranja dublje u materijale od X-zraka čini ih idealnim za analizu materijala. Kada ozračeni uzorak uhvati negativni mion, formira se mionski atom. Mionske X-zrake emitirane iz novih mionskih atoma imaju visoku energiju, pa se mogu detektirati s visokom osjetljivošću. Ova je metoda korištena za analizu Ryugu uzoraka.

Ali postojao je još jedan izazov. Kako uzorci ne bi bili kontaminirani Zemljinom atmosferom, istraživači su morali držati uzorke podalje od kontakta s kisikom i vodom u zraku. Stoga su morali razviti eksperimentalnu postavu, stavljajući uzorak u komoru plinovitog helija. Unutarnji zidovi komore bili su obloženi čistim bakrom kako bi se smanjila pozadinska buka prilikom analize uzoraka.

U lipnju 2021., 0,1 gram Ryugu asteroida dopremljen je u J-PARC, a istraživači su proveli svoju mionsku rendgensku analizu, koja je proizvela energetski spektar. U njemu su pronašli elemente potrebne za stvaranje života, ugljik, dušik i kisik, ali su također otkrili da uzorak ima sastav sličan onom asteroida ugljičnog hondrita (CI hondrit), koji se često nazivaju standardom za čvrste tvari u Sunčevom sustavu. Ovo je pokazalo da je Ryugu kamenje jedno od najranijih kamenja koje je nastalo u našem Sunčevom sustavu.

Istraživači su koristili zrake miona za analizu elementarnog sastava uzoraka asteroida Ryugu

Usporedba elementarnog sastava uzorka asteroida Ryugu i CI hondrita Orgueil (K. Lodders, The Astrophysical Journal, 591, 1220-1247, 2003). Rendgenska slika kisika pokazuje da je količina kisika u Ryugu uzorku u odnosu na silicij manja u usporedbi s CI hondritom. Zasluge: Tim za analizu miona

Međutim, iako je sličan po sastavu hondritima CI, količina kisika u Ryugu uzorku u odnosu na silicij bila je oko 25 posto manja nego u hondritu CI. Istraživači kažu da bi to moglo značiti da je višak kisika u odnosu na silicij u CI hondritima mogao doći od kontaminacije nakon što su ušli u Zemljinu atmosferu. Ryugu kamenje moglo bi postaviti novi standard za materiju u Sunčevom sustavu.


Zrnca prašine s asteroida Ryugu starija su od našeg sunčevog sustava


Više informacija:
T. Nakamura, Formiranje i evolucija ugljičnog asteroida Ryugu: izravni dokazi iz vraćenih uzoraka, Znanost (2022). DOI: 10.1126/science.abn8671. www.science.org/doi/10.1126/science.abn8671

Omogućio Institut Kavli za fiziku i matematiku svemira

Citat: Istraživači koriste zrake miona za analizu elementarnog sastava uzoraka asteroida Ryugu (2022., 22. rujna) preuzeto 22. rujna 2022. s https://phys.org/news/2022-09-muons-elemental-composition-asteroid-ryugu. html

Ovaj dokument podliježe autorskim pravima. Osim poštenog poslovanja u svrhu privatnog proučavanja ili istraživanja, niti jedan dio ne smije se reproducirati bez pismenog dopuštenja. Sadržaj je dat samo u informativne svrhe.